ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΓΚΟΜΙΔΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΔΑΣΙΚΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΑΣΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΜΗΤΑΝΗ ΑΝΔΡΟΜΑΧΗ Δασολόγος - Περιβαλλοντολόγος ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 Περιεχόμενα Πρόλογος 4 Περίληψη 5 summary Εισαγωγή Ιστορική εξέλιξη Συγκολλητικές ουσίες Ποιοτικά χαρακτηριστικά συγκολλητικών ουσιών Φυσικές ιδιότητες του ξύλου που επηρεάζουν την συγκόλληση pη Συγκολλητικών ουσιών Σκλήρυνση συγκολλητικών ουσιών Επιφάνεια του ξύλου Πυκνότητα του ξύλου Πορώδες του ξύλου Υγρασία του ξύλου Διαστασιακή σταθερότητα συρρίκνωση και διόγκωση του ξύλου Είδος και ποιότητα της κόλλας Τεχνική και συνθήκες επάλειψης της συγκολλητικής ουσίας Χρόνος εφαρμογής της κόλλας Συνθήκες συμπίεσης κατά την συγκόλληση του ξύλου Μηχανισμοί συγκόλλησης Μηχανισμοί σκλήρυνσης της συγκολλητικής ουσίας Μηχανικές ιδιότητες του ξύλου Παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή του ξύλου Είδη ξύλων που χρησιμοποιούνται στην επιπλοποιία Είδη συγκολλητικών ουσιών που χρησιμοποιούνται στην επιπλοποιία Ουρία-φορμαλδεΰδη Πολυβινυλική κόλλα pvac 28 2

3 Κόλλα καζεΐνης Θερμοτηκόμενες Πολυουρεθάνες Χαρακτηριστικά ξύλων Ξύλο οξιάς (beech) Ξύλο δρυός (oak) Ξύλο φλαμουριάς (tilia) Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Σκοπός της εργασίας Υλικά και μέθοδοι Κατασκευή δοκιμίων Κατασκευή δοκιμίων αντοχής σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση Μορφή τελικών δοκιμίων Κατασκευή δοκιμίων αντοχής σε διάτμηση με εφελκυσμό Μορφή τελικών δοκιμίων Στατιστική ανάλυση αποτελεσμάτων Αποτελέσματα-Συζήτηση Αντοχή σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση Επίδραση του τύπου της συγκολλητικής ουσίας Επίδραση μονής ή διπλής επαλειμμένης με συγκολλητική ουσία επιφάνεια Κατεστραμμένο ξύλο-ποσοστό θραύσης Αντοχή σε διάτμηση με εφελκυσμό Επίδραση του τύπου της συγκολλητικής ουσίας Επίδραση μονής ή διπλής επαλειμμένης με συγκολλητική ουσία επιφάνεια Επίδραση εμβάπτισης δοκιμίων σε νερό στην αντοχή της συγκολλητικής ουσίας Κατεστραμμένο ξύλο-ποσοστό θραύσης Σύγκριση των αποτελεσμάτων των δυο μεθόδων ποιοτικού ελέγχου..72 3

4 5.4. Συσχέτιση των δύο μεθόδων ποιοτικού ελέγχου με την βοήθεια εξισώσεων Συμπεράσματα Βιβλιογραφία.85 Παράρτημα 91 4

5 Πρόλογος Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία με τίτλο «Προσδιορισμός της αντοχής σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση και εφελκυσμό ορισμένων πλατύφυλλων συγκολλημένα με οξικό πολυβυνιλεστέρα (PVAc) και καζεΐνη» αναπτύχθηκαν δύο μέθοδοι ποιοτικού ελέγχου συγκολλητικών ουσιών σύμφωνα με Διεθνή και Ευρωπαϊκά πρότυπα. Η εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών στο εργαστήριο Δασικής Τεχνολογίας της σχολής Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος υπό την επίβλεψη του Επίκουρου καθηγητή κ. Μπαρμπούτη Ιωάννη. Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου πρώτα από όλους στον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Μπαρμπούτη Ιωάννη, η συμβολή του οποίου ήταν καθοριστική σε όλη την διάρκεια εκπόνησης της εργασίας αυτής. Επίσης τον ευχαριστώ θερμά για την αμέριστη συμπαράστασή του, την συνεχή επιστημονική του καθοδήγηση και την καθημερινή του παρουσία. Επίσης ευχαριστώ θερμά τον Καθηγητή κ. Γρηγορίου Αθανάσιο και τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Βασιλείου Βασίλειο για την συμμετοχή τους στην τριμελή εξεταστική επιτροπή, το ενδιαφέρον και τις πολύτιμες συμβουλές τους. Επιπλέον δεν θα μπορούσα να παραλείψω τους συναδέλφους μεταπτυχιακούς φοιτητές και υποψήφιους διδάκτορες για την ηθική συμπαράσταση και την άψογη συνεργασία. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου Βασίλειο και Φωτεινή, την αδερφή μου Κωνσταντίνα και τον αδερφό μου Παύλο για την ηθική και υλική συμπαράσταση, χωρίς την οποία η ολοκλήρωση της παρούσας εργασίας θα ήταν αδύνατη. Ανδρομάχη Β. Μητάνη Θεσσαλονίκη,

6 Περίληψη Στην παρούσα εργασία μελετάται η αντοχή δύο συγκολλητικών ουσιών και τριών ειδών ξύλου τα οποία χρησιμοποιούνται στην επιπλοποιία. Ειδικότερα, μελετάται η αντοχή σε διάτμηση του οξικού πολυβυνιλεστέρα (PVAc) και της κόλλας καζεΐνης κατηγορίας D3 (ΕΝ 204:2001) σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα ISO 6238:2001 και EN 205: Χρησιμοποιήθηκαν τρία είδη ξύλου οξιά (Fagus silvatica), φλαμουριά (Tilia cordata) και δρυς (Querqus robur) και δοκιμάστηκαν δύο τρόποι συγκόλλησης μονής και διπλής επάλειψης της συγκολλητικής ουσίας. Η μέση υγρασία των προς συγκόλληση πριστών ήταν 8,8 στην οξιά, 8,7 στην φλαμουριά και 9,7 στην δρυ ενώ η πυκνότητα αυτών ήταν 630 kg/m 3, 485 kg/m 3 και 680 kg/m 3 αντίστοιχα. Συνολικά ελέγχθηκαν 362 δοκίμια εκ των οποίων τα 180 μελετήθηκαν στην πρώτη μέθοδο, τα 168 στην δεύτερη, όπου τα 84 εμβαπτίστηκαν σε νερό σύμφωνα με το πρότυπο (ΕΝ 204:2001) και τα 14 χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες από 7 δοκίμια για κάθε μέθοδο. Από τα αποτελέσματα της εργασίας προέκυψαν τα παρακάτω συμπεράσματα Στην πρώτη μέθοδο προσδιορισμού της αντοχής σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση σύμφωνα με το πρότυπο ISO 6238:2001 βρέθηκε ότι το μέτρο θραύσης όλων των συνδέσεων κυμάνθηκε από 14,90 N/mm² (στα δοκίμια της φλαμουριάς συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία προς συγκόλληση επιφάνεια) έως και 21,05 N/mm² (στα δοκίμια της οξιάς συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία και στις δύο επιφάνειες). Στην δεύτερη μέθοδο προσδιορισμού της αντοχής σε διάτμηση με εφελκυσμό σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ 205:2001 βρέθηκε ότι το μέσο μέτρο θραύσης των τριών ειδών ξύλου που χρησιμοποιήθηκαν κυμάνθηκε από 7,93 Ν/mm 2 (στα δοκίμια του ξύλου της δρυός συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία προς συγκόλληση επιφάνεια) έως 15,79 Ν/mm 2 (στα δοκίμια του ξύλου της οξιάς συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες). Το ξύλο της οξιάς έδωσε μεγαλύτερα μέσα μέτρα θραύσης από το ξύλο δρυός και φλαμουριάς στην πρώτη μέθοδο ενώ στην δεύτερη με ελάχιστες διαφορές οι οποίες δεν θεωρούνται σημαντικές μεγαλύτερα μέτρα θραύσης έδωσε το ξύλο της δρυός. Συνολικά και στις δύο μεθόδους η οξιά συγκολλημένη με PVAc έδωσε τα μεγαλύτερα μέτρα θραύσης. Το ξύλο της φλαμουριάς συνολικά έδωσε τα χαμηλότερα μέσα μέτρα θραύσης σε σχέση με το ξύλο της οξιάς και της δρυός. Η συγκολλητική ουσία PVAc αποδείχθηκε ανθεκτικότερη από την κόλλα καζεΐνης αφού έδωσε μεγαλύτερα μέτρα θραύσης. Η επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες των δοκιμίων έδωσε μεγαλύτερα μέτρα θραύσης σε σχέση με τα δοκίμια επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία μόνο προς συγκόλληση επιφάνεια. Η εμβάπτιση των δοκιμίων σε νερό δεν επηρέασε καθόλου την αντοχή των δοκιμίων σε σχέση με τα απλώς κλιματισμένα δοκίμια. Λέξεις κλειδιά: PVAc, καζεΐνη, Fagus silvatica, Tilia cordata, Querqus robur, αντοχή σε διάτμηση. 6

7 Summary This research studies the strength of two adhesives and three species of wood which are used in furniture production. More specifically, it studies the shear strength of polyvynyl acetate (PVAc) and casein glue of D3 category (EN 204:2001) according to the international standards ISO 6238:2001 and EN 205:2003. Three species of wood were used, beech (Fagus silvatica), lime (Tilia cordata) and quercus (Querqus robur) and they were tested in two different types of adhesion, a single - face and double face glue application. The average moisture content of timber was 8,8% in the beech, 8,7 % in lime wood and 9,7 % in quercus while their density was 630 kg/m3, 485 kg/m3 and 680 kg/m3 respectively. In total 362 samples were inspected of which 180 were studied in the first method and 168 in the second of which 84 were immersed in water according to the standard (EN 204:2001) and the rest 14 were used as testifiers from 7 samples of each method. The following conclusions derived from the experimental results: In the first method of determining the shear strength by compressive loading according to the ISO 6238:2001 standard, it was observed that the modulus of rapture for all joints fluctuated from N/mm² (in the lime wood samples bonded with casein with single face glue application) up to N/mm² (in the beech samples bonded with PVAc and double face glue application). In the second method of determining the tensile shear strength according to the European standard EN 205:2003, it was noticed that the average modulus of rapture of the three species of wood that were used fluctuated from 7,93 N/mm 2 (in the quercus samples bonded with casein and with a single face glue application) to15,79 N/mm 2 (in the samples of beech, bonded with PVAc and with double face glue application). Beech wood samples gave higher average modulus of rapture than the lime wood and quercus samples in the first method, while in the second -with slight differences that are not considered important- the quercus samples gave higher modulus of rapture. Overall in both methods, the bonded samples with PVAc gave the highest modulus of rapture. The lime wood gave the lowest average modulus of rapture in comparison with beech and quercus samples. The PVAc adhesive was proved more durable than the casein glue due to the fact that it gave higher modulus of rapture. The double face glue application gave higher modulus of rapture compared to those with single face glue application The strength of the samples which were immersed in the water were not influence by any means compared to those that were just air-conditioned. Key Words: PVAc, casein, Fagus silvatica, Tilia cordata, Querqus robur, shear strength. 7

8 1. Εισαγωγή Το ξύλο είναι ένα πορώδες, υγροσκοπικό, ορθότροπο, βιολογικά σύνθετο υλικό το οποίο χαρακτηρίζεται από έναν μεγάλο αριθμό χημικών και φυσικών ιδιοτήτων. Για τον λόγο αυτό θεωρείται καλό δομικό υλικό το οποίο μπορεί και αλληλεπιδρά με συγκολλητικές ουσίες και χρησιμοποιείται με επιτυχία στην επιπλοποιία, στην οικοδομική κ.α. Είναι γεγονός ότι οι ιδιότητες του ξύλου διαφέρουν μεταξύ των ειδών, μεταξύ των δέντρων μέσα σε ένα είδος, και ακόμη και μέσα σε ένα δέντρο (River, 1991). Με τον όρο συγκολλητική ουσία εννοείται ένα συστατικό ικανό να συγκρατεί υλικά μεταξύ τους μέσω μιας επιφανειακής επαφής (Packer, 1990). Η κοινή της ονομασία είναι ρητίνη ή κόλλα, και αναφέρεται σε κάθε ουσία μη μεταλλικής φύσεως που επιτρέπει τη σταθερή σύνδεση δύο υλικών χωρίς τη χρησιμοποίηση άλλων συνδετικών μέσων (καρφιά, πύροι κ.α.) και δίχως να μεταβάλλεται κατά τη συγκόλληση η δομή των συγκολλούμενων υλικών (Γρηγορίου, 2002). Με τον όρο συγκόλληση εννοείται η κατάσταση στην οποία οι δύο επιφάνειες συγκρατούνται μεταξύ τους με επιφανειακές δυνάμεις, οι οποίες μπορεί να είναι δυνάμεις σθένους, δυνάμεις σύμπλεξης ή και οι δύο. Δυνάμεις σθένους είναι οι ελκτικές δυνάμεις που παράγονται από τις αλληλεπιδράσεις των ατόμων, ιόντων και μορίων που υπάρχουν στο εσωτερικό όσο και στις επιφάνειες και των δύο υλικών δηλαδή του ξύλου και της συγκολλητικής ουσίας. Ο βαθμός των δυνάμεων και του σθένους συγκόλλησης που αναπτύσσονται μεταξύ των πολυμερών και του ξύλο είναι αβέβαιος, αλλά θεωρούνται ουσιαστικής σημασίας για την αποτελεσματική συγκόλληση (Bergman, 1999). Η συγκόληση τουξύλουπαίζει ουσιαστικό ρόλο στην ανάπτυξη της βιομηχανίας επεξεργασίας δασικών προϊόντων και αποτελεί βασικό παράγοντα για την αποτελεσματική αξιοποίηση των πόρων ξυλείας. Η μεγαλύτερη χρήση των συγκολλητικών ουσιών παρατηρείται στον κατασκευαστικό τομέα. Η οικοδομική και η επιπλοποιία είναι οι δύο κλάδοι στους οποίους συναντάμε 8

9 συχνότερα συγκολλημένα προϊόντα ξύλου. Αντικολλητά (κόντρα πλακέ), μοριοσανίδες, ινοσανίδες, πριστή ξυλεία (επικολλητό), πόρτες, παράθυρα, είναι μερικά από τα υλικά στα οποία παρατηρείται συγκόλληση με διάφορες ρητίνες. Σημαντικά ποσά συγκολλητικών ουσιών όμως χρησιμοποιούνται και σε επικάλυψη δαπέδων, οροφής και τοίχου καθώς και σε διάφορα αξεσουάρ (Bergman, 1999) Iστορική εξέλιξη Πρώτη εμφάνιση ενός συστατικού που χρησιμοποιήθηκε ως κόλλα υπολογίζεται το 4000 π.χ. Οι αρχαιολόγοι μελετώντας ενταφιασμένα ευρήματα των προϊστορικών φυλών, ανακάλυψαν πήλινα δοχεία τα οποία είχαν επιδιορθωθεί από θραύσεις με κολλώδη ρητίνη αποτελούμενη από χυμούς δέντρων. Επίσης οι αρχαιολόγοι έχουν ανακαλύψει αγάλματα από την εποχή των Βαβυλωνίων τα οποία έχουν κολλημένους βολβούς ελεφαντόδοντου. Η περίοδος μεταξύ π.χ μας δίνει περισσότερες αποδείξεις ότι η κόλλα αποτελεί μέθοδο συναρμολόγησης. Όπως φαίνεται από διάφορα εκθέματα (έπιπλα, πίνακες κ.α) σε διάφορα μουσεία, οι Αιγύπτιοι χρησιμοποίησαν κόλλες. Κατά την περίοδο μχ. οι Ρωμαίοι και οι Έλληνες ανέπτυξαν την τεχνική του καπλαμά (ξυλόφυλλο) και του ξυλοψηφιδώματος το οποίο ορίζεται ως ένωση λεπτών μερίδων ή στρωμάτων ξύλου. Την εποχή εκείνη τα συστατικά της κόλλας ήταν απλά και φυσικά όπως: ασπράδι αυγού, αίμα, κόκαλα, γάλα, τυρί, λαχανικά, σπόροι δημητριακών, δέρματα ζώων κ.α. Με αυτά τα πρωτόγονα υλικά, η συγκόλληση του ξύλου εξελίχθηκε σε μορφή τέχνης. Οι Ρωμαίοι χρησιμοποίησαν πίσσα και κερί μέλισσας για τις βάρκες και τα πλοία, γεμίζοντας τα διάκενα μεταξύ των ξύλων (ESC Report, 1991). Η χρήση αίματος ζώων ως κόλλα πηγαίνει πολλούς αιώνες πίσω, στην εποχή των Αζτέκων - Ινδιάνων οι οποίοι αναμίγνυαν το αίμα με κονίαμα για την κατασκευή κτιρίων. Στην σύγχρονη εποχή δύο ήταν οιαιτίες χρήσης της 9

10 κόλλας αυτής. Η μια ήταν η ανακάλυψη το 1910 περίπου ότι το αίμα θα μπορούσε να ξηραίνεται σε διαλυτή μορφή, πράγμα που την καθιστά ευκολότερη να διατηρηθεί και να χειριστεί. Η άλλη ήταν η επείγουσα ανάγκη για μια αδιάβροχη κόλα για κόντρα πλακέ που θα προοριζόταν για αεροσκάφη κατά τη διάρκεια του Ά Παγκοσμίου Πολέμου. Ο πόλεμος, επίσης, ώθησε στην ανάπτυξη μίας ακόμα ανθεκτικής στο νερό κόλλας την συγκολλητική ουσία καζεΐνης η οποία προοριζόταν για την συγκόλληση των στρώσεων του έλικα ενός ξύλινου αεροσκάφους. Μία ακόμα ανθεκτική στο νερό, η κόλλα σόγιας ήταν ίσως η τελευταία μεγάλη ανακάλυψη συγκολλητικών ουσιών φυσικής προέλευσης (σε σύγκριση με τις συνθετικές κό λες). Εκείνη την επο χή, τα έπιπλα ήταν το κύριο προ όϊ νπο υ κατασκευαζόταν με συγκόλληση ξύλου. Τα πρώτα αντικολλητά τα οποία προορίζονταν για έπιπλα παράγονταν από ξύλα κωνοφόρων ειδών, ήταν όμως κατάλληλα μόνο για εσωτερική χρήση, λόγω της κακής στεγανότητας της φυτικής κόλλας που χρησιμοποιούνταν για την κατασκευή τους (River, 1991). Η βιομηχανική επανάσταση όμως, επέφερε μια μεγάλη τεχνολογική ανακάλυψη νέων υλικών διαθέσιμων για την κατασκευή συγκολλητικών ουσιών. Το πρώτο πλαστικό πολυμερές που συντέθηκε ήταν η κυτταρίνη νιτρικού άλατος, μια θερμοπλαστική ύλη που αντλείται από την κυτταρίνη του ξύλου. Η ανάπτυξη των ελαστομερών επιφέρει μια ραγδαία ανάπτυξη στον σχεδιασμό της κόλλας δίνοντάς τους διάφορες ιδιότητες όπως: ευκαμψία, ανθεκτικότητα σε υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες, ανθεκτικότητα στην επίδραση με χημικά (Wengert, 1998). Στις αρχές του 1930, κάνουν την εμφάνισή τους δύο συνθετικές ρητίνες η ουρία και φαινόλη - φορμαλδεΰδη οι οποίες χρησιμοποιούνταν σε έπιπλα και γενικά σε δομικές κατασκευές. Οι ρητίνες αυτές, σταδιακά άρχισαν να αντικαθιστούν τις ρητίνες από φυσικούς πόρους. Επιπλέον στις αρχές της δεκαετίας του 1950, κόλλες οι οποίες βασίζονται στην θερμοπλαστική ρητίνη οξικού βινυλίου άρχισαν να αντικαθιστούν ρητίνες ζωικής προέλευσης στη συναρμολόγηση επίπλων. 10

11 Έως και το 1950 οι συγκολλητικές ουσίες διπλασιάστηκαν σε αριθμό και πο κιλία ι ενώ μέχρι και σήμερα ό λες σχεδό νο ι βιο μηχανίες ξύλο υ χρησιμοποιούν τις συγκολλητικές αυτές ουσίες (River, 1991) Συγκολλητικές ουσίες Σήμερα οι συγκολλητικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για την συγκόλληση του ξύλου είναι πάρα πολλές και μπορούν να ταξινομηθούν με διάφορα κριτήρια, όπως η προέλευσή τους, η σύνθεσή τους, η χρήση τους κ.τ.λ. Γενικά οι συγκολλητικές ουσίες χωρίζονται σε τρείς κύριες κατηγορίες: α) σε θερμοσκληραινόμενες, β) σε θερμοπλαστικές και γ) σε ελαστομερείς. α) Ως θερμοσκληραινόμενες ορίζονται οι συγκολλητικές ουσίες οι οποίες αντιδρούν με την παρουσία θερμότητας και φτάνουν σε κάποιες συνθήκες οι οποίες είναι μη αναστρέψιμες. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν η ουρία, η μελαμίνη, η φαινόλη, η ρεσορσινόλη φορμαλδεΰδη, οι ισοκυανικές κόλλες, οι κόλλες με βάση τις τανίνες σε συνδυασμό με φορμαλδεΰδη και οι εποξειδικές κόλλες. β) Ως θερμοπλαστικές ορίζονται οι συγκολλητικές ουσίες οι οποίες ενώ χάνουν την συνοχή τους με την παρουσία θερμότητας, αποκτούν και πάλι την φυσική τους διάσταση μετά την απομάκρυνσή της. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι πολυβινυλικές κόλλες και οι θερμορέουσες (hot-melts). γ) Ως ελαστομερείς ορίζονται οι συγκολλητικές ουσίες οι οποίες δημιουργούν ελαστικούς δεσμούς και κάποιες από αυτές είναι οι πολυουρεθάνες, το φυσικό καοστούκ, το πολυχλωροπρένιο κ.α. Σύμφωνα με πρόσφατη ταξινόμηση (Rowland, 1998) οι κόλλες που χρησιμοποιούνται σε προϊόντα ξύλου μπορούν να διαχωριστούν σε: 1) Φυσικές α) Άμυλο και δεξτρίνη β) Ζελατίνη (ζώα, ψάρια, λαχανικά, φυτά ) 11

12 γ) Άσφαλτος δ) Φυσικό καουτσούκ ε) Ρητίνες, βερνίκια 2) Ημι-συνθετικές α) Κυτταρίνη 3) Συνθετικές α) Βινυλικές β) Ακρυλικές γ) Κυανοακρυλικές δ) Κόλλες με βάση την φορμαλδεΰδη ε) Συνθετικό καουτσούκ ζ) Ρητινικά εποξείδια στ) Αμυνοπλαστικές κόλλες η) Κόλλες με βάση πολυεστέρες 4) Οργανικές α) Διαλύματα αλάτων ή εστέρων β) Φωσφορικά άλατα γ) Κόλλες ανάμιξης των παραπάνω Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα χρήσης συγκολλητικών ουσιών Πλεονεκτήματα: Δυνατότητα σύνδεσης ανόμοιων υλικών Δυνατότητα σύνδεσης λεπτών φύλλων (διαφόρων υλικών) με επιτυχία Είναι εύκολη και οικονομική διαδικασία Δίνει μεγάλη δυνατότητα σχεδιασμού των συγκολλημένων προϊόντων Δυνατότητα όμορφης εμφάνισης 12

13 Αύξηση της αντοχής σε διάβρωση των συγκολλημένων υλικών Μειονεκτήματα: Η αντοχή των δεσμών επηρεάζονται από τις διάφορες κλιματικές συνθήκες Οι υψηλές θερμοκρασίες κάτω από τις οποίες αντέχουν οι κόλλες είναι περιορισμένες (Amaral, 2002) Φυσικές συγκολλητικές ουσίες Από το 1940και με την πρώτη κρίση του πετρελαίουστονκόσμο,ένα σημαντικό θέμα που απασχολούσε τους επιστήμονες ήταν η μελέτη και η δημιουργία συγκολλητικών ουσιών από ανανεώσιμες πρώτες ύλες. Η αναζήτηση σταματάει το 1970 με την μείωση του κόστους του πετρελαίου, ενώ από τις αρχές του 21 ου αιώνα θα ενταθεί το ενδιαφέρον κυρίως για λόγους ευαισθησίας για την προστασία του περιβάλλοντος. Οι φυσικές ρητίνες περιέχουν φυσικές πρώτες ύλες οι οποίες τροποποιούνται έτσι ώστε να αποκτήσουν τις ιδιότητες των σύνθετων ρητινών. Βεβαίως ο αριθμός των πρώτων υλών για την παραγωγή φυσικών ρητινών δεν είναι μεγάλος και κυρίως περιλαμβάνει: τανίνες, λιγνίνη, υδατάνθρακες, ακόρεστα λιπαρά, κολλαγόνο, αίμα (Pizzi, 2006). Οι φυσικές ρητίνες διακρίνονται σε φυτικές και ζωικές ανάλογα με την πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται για την παρασκευή της. Οι κυριότερες φυτικές ρητίνες θεωρούνται η κόλλα με βάση τις τανίνες, η κόλλα σόγιας, η αμυλόκολλα ενώ σε πρόσφατες έρευνες ανακαλύφθηκαν νέα υλικά που χρησιμοποιούνται στις συγκολλητικές ουσίες όπως το πορτοκάλι (Akaranta και Wankasi, 1998), ο φλοιός του κόκκινου κρεμμυδιού (Odori και Agiri, 1986) και ο φλοιός του ρυζιού (Wang et al, 2008). Οι ζωικές κόλλες έχουν εφευρεθεί χιλιάδες χρόνια πριν και εφαρμόστηκαν σε πολλές και διάφορες χρήσεις. Πρώτοι ήταν οι Αιγύπτιοι το π.χ. Στην Αγγλία και την Ολλανδία υπάρχουν αναφορές εφαρμογής της ζωικής κόλλας από το 1750 (Esc report, 13

14 1991). Μέχρι το 1940 ήταν οι μόνες διαθέσιμες συγκολλητικές ουσίες προς χρήση. Μετά την ανακάλυψη των σύνθετων συγκολλητικών ουσιών οι ζωικές κόλλες αντικαταστήθηκαν από τις κόλλες νέας χημικής τεχνολογίας χωρίς όμως να σημαίνει αυτό ότι μειώθηκε η σημαντικότητα τους. Οι κυριότερες ζωικές συγκολλητικές ουσίες θεωρούνται η κόλλα από δέρματα ή κόκαλα, η κόλλα καζεΐνης, η κόλλα αίματος και τέλος η κόλλα από φτερά κοτόπουλου (Zehui et al, 2008). Σύμφωνα με τον Frihart η λιγνίνη είναι μία ακόμα πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται στην παραγωγή συγκολλητικών ουσιών. Είναι γνωστό ότι η λιγνίνη είναι φαινολικό παράγωγο το οποίο βρίσκεται σε αφθονία και σε χαμηλή τιμή. Η μικρή της αξία έχει οδηγήσει σε πολλές έρευνες για την μετατροπή της σε θερμοσκληρινόμενη συγκολλητική ουσία ενώ έχει χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή μοριοπλακών και αντικολλητών σε συνδυασμό με συνθετικές ρητίνες όπως φαινόλη φορμαλδεΰδη. Επιπλέων η φουρφουρόλη η οποία προέρχεται από το πολυσακχαρίδιο πεντοζάνη που βρίσκεται στα διάφορα υπολείμματα γεωργικών προϊόντων όπως το καλάμι του καλαμποκιού, το ζαχαροκάλαμο ακόμα και στο φλοιό του ρυζιού χρησιμοποιείται στην παραγωγή της Difurfuryl Diisocyanate (EDFI) συγκολλητικής ουσίας και η οποία μετατρέπεται σε φουρφουρολαμίδια με αναγωγή με αμίδια και είναι έτοιμη να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή κόλλας (Frihart, 2005) Συνθετικές συγκολλητικές ουσίες Οι συνθετικές συγκολλητικές ουσίες είναι προϊόντα της χημικής βιομηχανίας και χρησιμοποιούν ως πρώτες ύλες πετρέλαιο, γαιάνθρακα ή φυσικά αέρια. Η παραγωγή τους άρχισε κατά την διάρκεια του δεύτερου παγκοσμίου πολέμου και στην συνέχεια επεκτάθηκαν.οι κυριότερες από αυτές είναι α) φαινόλη φορμαλδεΰδη, β) ουρία φορμαλδεΰδη, γ) μελαμίνη φορμαλδεΰδη, δ) ρεσορσινόλη φορμαλδεΰδη, ε) εποξείδια και στ) πολυουρεθάνες. 14

15 1.3. Ποιοτικά χαρακτηριστικά συγκολλητικών ουσιών Μία συγκολλητική ουσία για να θεωρείται ικανή να δημιουργεί ισχυρούς δεσμούς συγκόλλησης θα πρέπει να πληρεί τις παρακάτω προϋποθέσεις. 1. Η συγκολλητική ουσία θα πρέπει να επαλείφεται εύκολα, γρήγορα και να διαβρέχει ομοιόμορφα την επιφάνεια. 2. Το ιξώδες της κόλλας θα πρέπει να είναι μικρό κατά την επάλειψή της ενώ να εμφανίζει μεγάλο ιξώδες κατά την σκλήρυνσή της. 3. Δεν θα πρέπει να περιέχουν μεγάλες ποσότητες συστατικών τα οποία προκαλούν διόγκωση ή φθορά των συγκολλημένων υλικών. 4. Η σκλήρυνσή της θα πρέπει να απαιτεί λίγο χρόνο και να γίνεται ελεγχόμενα. 5. Τέλοςδεν θα πρέπει η συγκολλητική ουσία να εισχωρεί σε μεγάλο βάθος στα συγκολλημένα υλικά (Γρηγορίου, 2002) Φυσικές ιδιότητες ξύλου που επηρεάζουν την συγκόλληση Η συγκόλληση επηρεάζεται κυρίως από την κατάσταση της επιφάνειας που πρόκειται να συγκολληθεί και ιδίως από την ποιότητα και τα χαρακτηριστικά της επιφάνεια του ξύλου καθώς επίσης και από τις φυσικές ιδιότητες αυτού όπως την πυκνότητα, το πορώδες, την περιεχόμενη υγρασία, την διαστασιακή σταθερότητα. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα συγκόλλησης είναι, το σομφό ξύλο, το εγκάρδιο ξύλο, το πρώιμο ξύλο, το όψιμο ξύλο, η ακτινική επιφάνεια, η εφαπτομενική, η κατά μήκος τομή, το ΡΗ, τα εκχυλίσματα (Rowel, 1983), το είδος και η ποιότητα της κόλλας, η τεχνική και οι συνθήκες επάλειψης της κόλλας, η υγρασία του ξύλου, η κατάσταση επιφάνειας του ξύλου, οι συνθήκες συμπίεσης κατά την συγκόλληση του ξύλου (Γρηγορίου, 2002). Επιπλέον σημαντικές ιδιότητες είναι 1) η γεωμετρία, το σχήμα, το μέγεθος, οι διαστάσεις της επιφάνειας που πρόκειται να συγκολληθεί, και η διεύθυνση των 15

16 ινών, 2) η διαβρεξιμότητα και 3) οι μολύνσεις λόγω εξωτερικών συνθηκών (Houwink and Salomon, 1967) ph συγκολλητικής ουσίας Η ρύθμιση του ph κατά την παρασκευή μιας συγκολλητικής ουσίας είναι πολύ σημαντικός παράγοντας για τον έλεγχο της ποιότητάς της. Είναι παραδεκτό ότι οι κόλλες με αλκαλικό ph συμπεριφέρονται καλύτερα στην συγκόλληση του ξύλου από τις κόλλες με όξινο ph. Επιπλέον κόλλες με υψηλό ph, δεν δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα στην συγκόλληση με ξύλα που έχουν χαμηλό ph όπως η δρυς. Ξύλα με υψηλά ποσοστά εκχυλισμάτων συγκολλούνται καλύτερα με κόλλες που έχουν αλκαλικό ph. Επίσης κόλλες με υψηλό ph έχουν την τάση να προσροφούν υγρασία ενώ οι κόλλες με πολύ χαμηλό ph μπορεί να καταστρέψουν την συγκόλληση άλλα και την δομή τουξύλουλόγω της παρουσίας οξέων (Marra, 1992) Σκλήρυνση συγκολλητικών ουσιών Οι μηχανισμοί σκλήρυνσης των συγκολλητικών ουσιών ανάλογα με το είδος της κόλλας είναι; α) με απώλεια θερμότητας β) με απώλεια του διαλύτη γ) με χημική αντίδραση δ) συνδυασμός αυτών (Marra, 1992). Η ταχύτητα πολυμερισμού των συγκολλητικών ουσιών εξαρτάται από (Marra, 1992): 1) Την χρήση πρόσθετων ουσιών π.χ. καταλύτες, διαλυτικές ουσίες 2) Την κατάσταση του ξύλου, θερμοκρασία, υγρασία και τραχύτητα της επιφάνειας 3) Το είδος την ηλικία του και την πυκνότητα του ξύλου 4) Τον χρόνο παραγωγής της συγκολλητικής ουσίας 5) Την επαλειμμένη ποσότητα της συγκολλητικής ουσίας 6) Τον ρυθμό αύξησης της θερμοκρασίας κατά την διαδικασία συγκόλλησης 16

17 Επιφάνεια ξύλου Τρεις είναι οι κυριότεροι λόγοι για τους οποίους προετοιμάζουμε κατάλληλα την επιφάνεια του ξύλου η οποία πρόκειται να συγκολληθεί: 1) για να παράγουμε μία κατάλληλη επιφάνεια ικανή να αντιδράσει με το πολυμερές (συγκολλητική ουσία), 2) για να αποκτήσουμε μία πρόσφατα κομμένη επιφάνεια, και τέλος 3) να αποκτήσουμε μια υγιή επιφάνεια. Είναι πολύ σημαντικό για την ικανοποιητική απόδοση της συγκολλητικής ουσίας να γνωρίζουμε την φυσική και χημική κατάσταση τουξύλου. Το σημαντικότερο είναι ότι θα πρέπει η επιφάνεια να είναι λεία, επίπεδη χωρίς ανωμαλίες και απαλλαγμένη από υπολείμματα κατεργασίας, σκόνη, έλαια και ακαθαρσίες (Γρηγορίου, 2002). Η ξήρανση και υπερθέρμανση τουξύλου επηρεάζουν την φυσική του κατάσταση επιτρέποντας στα εκχυλίσματα να μεταβούν στην επιφάνεια. Η κατάσταση αυτή οδηγεί στην χημική αδρανοποίηση της επιφάνειας αποτρέποντας την διαδικασία συγκόλλησης. Άλλος ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει την συγκόλληση είναι η παράλληλη και επίπεδη επιφάνεια η οποία επιτρέπει στην κόλλα να ρέει ελεύθερα και να δημιουργείται ένα ενιαίο λεπτό στρώμα κόλλας που είναι απαραίτητο για την καλύτερη απόδοση της συγκολλητικής ουσίας. Για τον λόγο αυτό προτείνεται λείανση των επιφανειών μέσα σε 24 ώρες πριν την διαδικασία επάλειψης. Έρευνες απέδειξαν πως οι επιφάνειες στις οποίες έγινε χρήση πριονιού λόγω της τραχύτητας τους δεν απέδωσαν ικανοποιητικά στην συγκόλληση και έτσι συμπεραίνεται πως η χρήση πλάνης είναι απαραίτητη. Παρόμοιες βλάβες όμως μπορεί να προκαλούνται και από αμβλεία μαχαίρια πλάνης (River, 1999) Πυκνότητα Η πυκνότητα ποικίλει σε μεγάλο βαθμό μεταξύ των ειδών ξύλου ακόμα και σε ξύλα του ίδιου είδους διότι διαφέρει το πάχος και ο όγκος των κυτταρικών τοιχωμάτων. Η αντοχή του ξύλου είναι άμεσα συνδεδεμένη με την πυκνότητά 17

18 του, διότι παχιά κυτταρικά τοιχώματα είναι ικανά να αντέχουν πολύ περισσότερη δύναμη από ό,τι τα λεπτά κυτταρικά τοιχώματα. Ξύλα με μεγάλη πυκνότητα είναι δυσκολότερο να συγκολληθούν, λόγω των παχιών κυτταρικών τοιχωμάτων και μικρής κοιλότητας αυτών οι συγκολλητικές ουσίες δεν διεισδύουν σε βάθος άλλα περιορίζονται σε ένα δύο μόνο κύτταρα (River, 1999) Πορώδες Το πορώδες είναι μία ιδιότητα του ξύλου που επηρεάζει την ικανότητα απορρόφησης της συγκολλητικής ουσίας μέσα στις κυτταρικές κοιλότητες μέσω ενός τριχοειδούς συστήματος. Τα κωνοφόρα είδη θεωρούνται πως έχουν σχετικά μεγάλο πορώδες ενώ και στα πλατύφυλλα λόγω των μεγάλων αγγείων τους παρατηρείται μεγάλη διείσδυση. Η αντοχή ενός συγκολλημένου ξύλου αυξάνεται με την αύξηση του πορώδους, μέχρι ενός συγκεκριμένου σημείου, πέραν όμως του σημείου αυτού η αντοχή αρχίζει να μειώνεται με την αύξηση του πορώδους. Δηλαδή τα δύο μεγέθη είναι αντιστρόφως ανάλογα. Τα είδη που έχουν μεγάλο πορώδες έχουν και χαμηλή πυκνότητα, για τον λόγο αυτό η μείωση της αντοχής των ειδών με υψηλό πορώδες είναι αποτέλεσμα της χαμηλής τους πυκνότητας (River, 1999) Υγρασία ξύλου Το ποσοστό υγρασίας του ξύλου επηρεάζει την διείσδυση και σκλήρυνση της συγκολλητικής ουσίας. Ικανοποιητική θεωρείται η υγρασία που κυμαίνεται από 6 % έως και 14 %. Για υγρασία κάτω του 6 % τα αποτελέσματα δεν θεωρούνται ικανοποιητικά. Επιπλέον τα υψηλά ποσοστά υγρασίας δημιουργούν προβλήματα όπως υπερδιείσδυση της συγκολλητικής ουσίας (woodhandbook, 1999) και αυτό σημαίνει ότι μικρότερη ποσότητα συγκολλητικής ουσίας είναι διαθέσιμη για την συγκόλληση (Γρηγορίου, 2002). O Salehuddin (1970) έφθασε σε έναν παρόμοιο συμπέρασμα ότι ένα 18

19 καθορισμένο ποσοστό νερού στο ξύλο είναι απαραίτητο για τη βέλτιστη συγκόλληση. Επίσης η μεγάλη υγρασία το υ ξύλο υ είναι δυνατό ν να δημιουργήσει το φαινόμενο των < φυσαλίδων > κενών χώρων στην στρώση της κόλλας γεγονός το οποίο μειώνει την αντοχή των δεσμών. Η κατάλληλη υγρασία για θερμή συγκόλληση κυμαίνεται από 2 % - 8 % ενώ για ψυχρή συγκόλληση από 8 % - 12 % (Γρηγορίου, 2002). Σύμφωνα με τον River (1999) το ιδανικό ποσοστό υγρασίας κυμαίνεται από 10 % έως και 12 %. Επιπλέον τα ξύλα που πρόκειται να συγκολληθούν θα πρέπει να έχουν περίπου την ίδια υγρασία έτσι ώστε να αποφευχθεί το φαινόμενο της ρίκνωσης και της διόγκωσης κατά την προσπάθεια απόκτησης ομοιόμορφης υγρασίας ισορροπίας στο περιβάλλον που πρόκειται να τοποθετηθεί (Γρηγορίου, 2002) Διαστασιακή σταθερότητα - Συρρίκνωση και Διόγκωση του ξύλου Το ξύλο έχει την ιδιότητα να συρρικνώνεται με απώλεια της περιεχόμενης υγρασίας και να διογκώνεται με προσρόφηση νερού. Κατά κανόνα οι διαστασιακές αυτές μεταβολές καταπονούν τα συγκολλημένα προϊόντα, λόγω των τάσεων που δέχονται. Όσο μεγαλύτερες είναι οι τάσεις αυτές τόσο ισχυρότεροι πρέπει να είναι οι δεσμοί συγκόλλησης για την αποφυγή αποκόλλησης των δεσμών. Έρευνες απέδειξαν ότι είδη ξύλου με υψηλή πυκνότητα και δυνατότητα μεγάλης συρρίκνωσης (δρυς) καταγράφουν μεγάλα ποσοστά θραύσης του ξύλου, ενώ ξύλα με χαμηλή πυκνότητα καταγράφουν μικρότερα. Για τον λόγο αυτό απαιτείται ισχυρότερη συγκόλληση στα είδη ξύλου με μεγάλη πυκνότητα (Selbo, 1975) Είδος και ποιότητα τη κόλλας Η κόλλα που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί θα πρέπει να είναι σωστά παρασκευασμένη από την βιομηχανία από την οποία έγινε η προμήθειά της και να ακολουθούνται πιστά οι οδηγίες της παρασκευάστριας εταιρίας. Επιπλέον οι 19

20 συγκολλητικές ουσίες θα πρέπει να χρησιμοποιούνται κατάλληλα, διότι η κάθε κατηγορία κόλλας δεν ανταποκρίνεται σε όλες τις συνθήκες περιβάλλοντος (Γρηγορίου, 2002). Οι κόλλες διακρίνονται α) σε ανθεκτικές σε έντονες καιρικές συνθήκες, οι οποίες ενδείκνυται για εξωτερική χρήση και β) σε αυτές που ενδείκνυται μόνο για εσωτερική χρήση λόγω μειωμένης ανθεκτικότητας σε υψηλές θερμοκρασίες και υγρασία (ΕΝ: ). Ταξινόμηση συγκολλητικών ουσιών Σύμφωνα με τον πίνακα 1, οι θερμοπλαστικές συγκολλητικές ουσίες διακρίνονται σε τέσσερις κατηγορίες σύμφωνα με την επίδοσή τους σε διάφορες κλιματικές συνθήκες για μη δομικές ξύλινες εφαρμογές. Σύμφωνα με την ανθεκτικότητά τους ξεχωρίζουμε τις κατηγορίες D 1 έως D 4 ανάλογα με την αντοχή τους σε υγρασία και ξηρασία ενώ δεν προσδιορίζεται η αντοχή τους σε διάφορες θερμοκρασίες. Οι συγκολλητικές ουσίες οι οποίες περιγράφονται σε αυτό το πρότυπο (ΕΝ: ) είναι κατάλληλες για συναρμολόγηση συγκόλληση επίπλων και εσωτερικών κατασκευών π.χ. πόρτες, παράθυρα, σκάλες κ.τ.λ. φτιαγμένα από ξύλο. 20

21 Πίνακας 1. Ταξινόμηση θερμοπλαστικών συγκολλητικών ουσιών (ΕΝ: ) D 1 Εσωτερική χρήση όπου η περιεχόμενη υγρασία του ξύλου δεν θα ξεπερνά το 15% D 2 Εσωτερική χρήση με πιθανότητα μικρής διάρκειας έκθεσης σε υγρασία - νερό όπου η περιεχόμενη υγρασία δεν θα ξεπερνά το 18% D 3 D 4 Εσωτερική χρήση με συχνή έκθεση μικρής όμως διάρκειας σε υψηλά επίπεδα υγρασίας. Εξωτερική χρήση όχι όμως έκθεση σε καιρικά φαινόμενα Εσωτερική χρήση με συχνή μεγάλης διάρκειας έκθεση σε νερό. Εξωτερική χρήση με έκθεση σε έντονες κλιματολογικές συνθήκες αλλά με προστατευτικά μέσα (επικάλυψη επιφάνειας) Τεχνική και συνθήκες επάλειψης της κόλλας Η επάλειψη της κόλλας θα πρέπει να γίνεται ομοιόμορφα και σε ολόκληρη την επιφάνεια η οποία πρόκειται να συγκολληθεί. Η ποσότητα της κόλλας θα πρέπει να είναι ορισμένη ανά m 2 ενώ το μεγάλο πάχος στρώσης της συγκολλητικής ουσίας μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα όπως εγκλωβισμός αέρα με αποτέλεσμα την δημιουργία δεσμών μειωμένης αντοχής. Ο χρό νο ςπο υ θα μεσο λαβήσει από την στιγμή της επάλειψης της συγκολλητικής ουσίας έως την ένωση των δύο προς συγκόλληση επιφανειών δεν θα πρέπει να είναι μεγάλος και η ένωση να γίνει έγκαιρα προτού επέλθει πρόωρη σκλήρυνση της κόλλας (Γρηγορίου, 2002). Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι επάλειψης της συγκολλητικής ουσίας και για την επιλογή τους θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα παρακάτω: α) οι ιδιότητες μεταποίησης της κόλλας, β) η ομοιομορφία επάλειψης, γ) η δυνατότητα επάλειψης μικρής ποσότητας (ειδικά σε μεγάλες και τραχιές επιφάνειες), δ) η ταχύτητα επάλειψης, ε) η απλότητα χειρισμού και καθαρισμού της κόλλας και ζ) η υγιεινή και ασφάλεια του χειριστή. 21

22 Άλλες σημαντικές ιδιότητες που θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επάλειψη της κόλλας είναι: 1) το ιξώδες, η ροή της κόλλας και η συμπεριφορά της σε διάφορες θερμοκρασίες, 2) οι επιφανειακές τάσεις, και η δυνατότητα διείσδυσης της κόλλας, 3) η χρονική δυνατότητα επεξεργασίας της κόλλας και ο ρυθμός σκλήρυνσης της κόλλας, 4) οι συνθήκες κάτω από τις οποίες γίνεται ο πολυμερισμός της κόλλας και 5) το κόστος (Salomon et al, 1967) Χρόνος εφαρμογής Το διάστημα μεταξύ επάλειψης της συγκολλητικής ουσίας και εφαρμογής της απαιτούμενης για την συγκόλληση πίεσης καλείται χρόνος εφαρμογής. Ο χρόνος εφαρμογής είναι πολύ σημαντικός παράγοντας, ο οποίος επηρεάζει την ποιότητα συγκόλλησης. Εάν το επαλειμμένο με συγκολλητική ουσία ξύλο εκτεθεί σε συνθήκες περιβάλλοντος, υπάρχει πιθανότητα εξάτμισης του διαλύτη και αλλαγής της συνοχής της συγκόλλησης (Selbo, 1975) Συνθήκες συμπίεσης κατά την συγκόλληση του ξύλου Η πίεση που ασκείται θα πρέπει να είναι ομοιόμορφη σε όλη την επιφάνεια του προϊόντος που συγκολλείται χωρίς να μειώνει το πάχος του λόγω υψηλής συμπίεσης. Για τα είδη ξύλου που παρουσιάζουν μικρό ειδικό βάρος η πίεση δεν θα πρέπει να ξεπερνά τα 10 Kp/cm 2 ενώ για τα είδη με μεγάλο ειδικό βάρος μπορεί να φτάσει και τα 15 Kp/cm 2. Το ιξώδες της κόλλας αλλά και η χρήση για την οποία προορίζεται το προϊόν επηρεάζουν την διάρκεια και το μέγεθος της πίεσης (Γρηγορίου, 2002) Μηχανισμοί συγκόλλησης Σύμφωνα με τον Comyn (1997) υπάρχουν έξι θεωρίες συγκόλλησης οι οποίες όμως δεν αναπτύσσονται όλες στην συγκόλληση του ξύλου αλλά σε άλλα 22

23 υλικά όπως γυαλί, μέταλλο ή και σε συνδυασμό αυτών με το ξύλο. Διακρίνουμε λοιπόν 1) τη φυσική προσρόφηση, 2) τη δημιουργία χημικών δεσμών, 3) τη διάχυση, 4) την ηλεκτροστατική θεωρία, 5) τη μηχανική θεωρία και 6) τη μέθοδο της ασθενούς οριακής στοιβάδας. Ο River (1999) υποστηρίζει πως η διαδικασία συγκόλλησης είναι και μηχανική και χημική αντίδραση σε συνδυασμό. Οι δυνάμεις συνοχής και συνάφειας γνωστές ως δυνάμεις Van der Walls είναι υπεύθυνες για την έλξη πουδημιουργείται μεταξύ του ξύλουκαι της συγκολλητικής ουσίας (Φιλίππου, 1986, Γρηγορίου, 2002). Όταν ένα μηπολικό μόριο έρθει κοντά σε ένα πολικό μόριο τότε το δεύτερο επηρεάζει το πρώτο και το μετατρέπει σε πολικό. Είναι γνωστό πως ένα πολικό δεν έλκει ένα μη πολικό μόριο έτσι με την παραπάνω διαδικασία δημιουργούνται ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων και κατά συνέπεια χημικοί δεσμοί (River, 1999). Σύμφωνα με τον Bandel (1995) η συγκόλληση διακρίνεται σε τρεις κατηγορίες: α) μηχανική συγκόλληση σύμφωνα με την οποία η συγκολλητική ουσία διεισδύει στα τριχοειδή αγγεία του ξύλου με την βοήθεια της ώσμωσης. Έπειτα αρχίζει η διαδικασία της σκλήρυνσης. β) ειδική συγκόλληση η οποία βασίζεται στις μοριακές δυνάμεις και στην πολικότητα των συστατικών των προς συγκόλληση υλικών. Οι μοριακές αυτές δυνάμεις χωρίζονται σε πρωτογενείς και δευτερογενείς. Οι πρωτογενείς δυνάμεις αναπτύσσονται μεταξύ των ατόμων και είναι καθοριστικές για την δόμηση των μορίων ενώ δεν θεωρούνται υψίστης σημασίας στο φαινόμενο της συγκόλλησης. Παράλληλα οι δευτερογενείς δυνάμεις είναι υπεύθυνες για τις επιφανειακές τάσεις που αναπτύσσονται στην συγκολλητική ουσία. γ) χημική συγκόλληση σύμφωνα με την οποία δημιουργούνται σταθεροί δεσμοί ανάμεσα στην επιφάνεια του υλικού που πρόκειται να συγκολληθεί και της συγκολλητικής ουσίας. Η επιφάνεια του υλικού δέχεται ειδική επεξεργασία για την αύξηση της συγκέντρωσης λειτουργικών ομάδων που περιέχουν οξυγόνο και άζωτο πάνω στην επιφάνεια αυτή. Με την αύξηση της συγκέντρωσης των 23

24 ομάδων αυτών ενισχύεται η συγκόλληση με την δημιουργία ομοιοπολικών δεσμών ή δεσμών υδρογόνου Μηχανισμοί σκλήρυνσης της συγκολλητικής ουσίας Οι μηχανισμοί σκλήρυνσης της συγκολλητικής ουσίας διακρίνονται σε τρεις βασικούς τύπους. α) σκλήρυνση με χημική αντίδραση. Η διαδικασία της σκλήρυνσης ξεκινά με την συμπύκνωση, για τις θερμοσκληραινόμενες συγκολλητικές ουσίες, η οποία θεωρείται διαδικασία πολυμερισμού και πραγματοποιείται με την αποβολή υγρασίας και φορμαλδεΰδης. Αντίθετα, στις εποξειδικές κόλλες και στις πολυουρεθάνες η σκλήρυνση γίνεται με την διαδικασία της προσθήκης. β) σκλήρυνση με μείωση της θερμοκρασίας. Ο τύπος αυτός αναφέρεται στις θερμορέουσες συγκολλητικές ουσίες οι οποίες εφαρμόζονται σε χυτή (λειωμένη) κατάσταση και των οποίων η συγκόλληση αναπτύσσεται κάτω από συνθήκες πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας. γ) σκλήρυνση με εξάτμιση. Ο τύπος αυτός αναφέρεται στις διαχεόμενες συγκολλητικές ουσίες Μηχανικές ιδιότητες του ξύλου Οι μηχανικές ιδιότητες του ξύλου περιλαμβάνουν α) μέτρηση της αντοχής του ξύλου σε παραμόρφωση (ελαστικές ιδιότητες) β) μέτρηση της αντοχής του ξύλου στις διάφορες τάσης (Stress). Για την καλύτερη κατανόηση των μηχανικών ιδιοτήτων θα πρέπει να αναπτυχθούν οι έννοιες τάση (stress) και παραμόρφωση (strain). Με τον όρο τάση εννοείται η μέτρηση των εσωτερικών δυνάμεων που ασκούνται σε κάποιο υλικό ως αποτέλεσμα εφαρμογής εξωτερικού φορτίου πάνω σε αυτό. Διακρίνονται τέσσερις τύποι εσωτερικής τάσης όπως φαίνεται 24

25 και στο σχήμα 1. α) εφελκυσμός σύμφωνα με τον οποίο οι δυνάμεις που ασκούνται στο υλικό έχουν την τάση να το επιμηκύνουν, β) θλίψη σύμφωνα με την οποία οι δυνάμεις που ασκούνται στο υλικό έχουν την τάση να το συμπιέζουν, γ) διάτμηση όπου παρατηρείται το φαινόμενο της αποκόλλησης λόγο της άσκησης δύναμης προς δύο διαφορετικές κατευθύνσεις και δ) κάμψη σύμφωνα με την οποία γίνεται ένας συνδυασμός των παραπάνω κύριων τάσεων και παρατηρούνται τάσεις κάμψης και θλίψης (Winandy et al, 1983). Με τον όρο παραμόρφωση (strain) εννοείται η ικανότητα ενόςυλικούνα παραμορφώνεται κάτω από συνθήκες stress και να αποκτά ξανά τις πραγματικές του διαστάσεις μετά την απομάκρυνση της τάσης (Winandy et al, 1983). Τρόποι αποκόλλησης μιας συγκολλημένης περιοχής Η αποκόλληση ενός συγκολλημένου προϊόντος μπορεί να πραγματοποιηθεί με δύο τρόπους όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Η διάσπαση των συγκολλημένων δεσμών μπορεί να γίνει είτε μεταξύ των μορίων της συγκολλητικής ουσίας (cohesion) είτε μεταξύ της συγκολλημένης επιφάνειας και της συγκολλητικής ουσίας (adhesion) (Bandel, 1995) Παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή του ξύλου Ειδικό βάρος: Η αντοχή του ξύλου και το ειδικό βάρος αυτού είναι μεγέθη ανάλογα λόγω του ότι οι εσωτερικές τάσης του ξύλου λόγω φορτίου κατανέμονται σε περισσότερα μόρια μέσα στο υλικό. Αυξητικές συνθήκες: Οι περιβαλλοντικές συνθήκες επηρεάζουν την ποικιλομορφία του ξύλου στο δέντρο με αποτέλεσμα να επηρεάζονται και οι μηχανικές ιδιότητες του ξύλου στα διάφορα μέρη του δέντρου. Για τον λόγο αυτό και χρησιμοποιούνται ελεύθερα ελαττωμάτων και μικρών διαστάσεων 25

26 δοκίμια κατά την διεξαγωγή πειραμάτων έτσι ώστε να αποφεύγονται ρόζοι, ραγάδες κ.α. Υγρασία: Το ξύλο είναι υγροσκοπικό υλικό το οποίο προσροφά και εκλύει υγρασία ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν στο περιβάλλον. Η αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας του ξύλου προκαλεί αναγωγή των δεσμών υδρογόνου μεταξύ των οργανικών πολυμερών στα κυτταρικά τοιχώματα του ξύλου με αποτέλεσμα την μείωση της αντοχής του. Θερμοκρασία: Παρατηρείται πως η αντοχή του ξύλου είναι μεγαλύτερη σε ψυχρότερες θερμοκρασίες ενώ μειώνεται με την αύξηση αυτής. Ο συνδυασμός υψηλής παρατεταμένης θερμοκρασίας και υψηλά επίπεδα υγρασίας μπορεί να προκαλέσουν μόνιμες διαταραχές στο ξύλο. Διάρκεια φόρτισης του ξύλου: Η ικανότητα του ξύλου να αντιστέκεται στην δύναμη που ασκεί το φορτίο εξαρτάται από το χρονικό διάστημα που θα ασκηθεί η δύναμη πάνω στο ξύλο. Μεγάλο φορτίο απαιτεί μικρό χρονικό διάστημα για να προκαλέσει καταστροφή του ξύλου ενώ το αντίθετο παρατηρείται για μικρά φορτία (Rowel, 1983). 26

27 Σχήμα 1. Τέσσερις κύριοι τύποι τάσης (stress) (Winandy et al, 1983) 27

28 Σχήμα 2. Τρόποι αποκόλλησης (β, γ) συγκολλημένης περιοχής (α) (Bandel, 1995) 28

29 Σχήμα 3. Διάφοροι τύποι συγκόλλησης ( Shear-41.JPG) 29

30 1.10. Ειδή ξύλου που χρησιμοποιούνται στην επιπλοποιία Κάνοντας μία έρευνα αγοράς παρατηρήθηκε πως τα είδη ξύλου που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή επίπλων στην χώρα μας άλλα και στην ευρωπαϊκή αγορά είναι κυρίως πλατύφυλλα και σπανιότερα κωνοφόρα. Τα κυριότερα είδη είναι η δρυς (Querqus), η οξιά (beech), η φλαμουριά (Tilia), το μέλιο (Fraxinus), η λεύκη (Populus), το σφενδάμι (Maple), η κερασιά (Cherry), η σημύδα (Birch), η καρυδιά (Walnut) και το πεύκο (Pine) Ειδή συγκολλητικών ουσιών που χρησιμοποιούνται στην επιπλοποιία Οι συγκολλητικές ουσίες χρησιμοποιούνται ευρέως στην βιομηχανία επίπλων εδώ και πολά χρόνια. Οι πρώτες κόλες πουχρησιμοποιήθηκαν στην κατασκευή επίπλων ήταν οι ζωικές κόλλες ενώ σύμφωνα με τον Tout (1999) αρχικά οι συγκόλληση υποβοηθούνταν και ενισχύονταν από καρφιά και ξύλινους πείρους. Στις αρχές όμως του 19 ου αιώνα και με την ανάπτυξη της βιομηχανίας ανακαλύφθηκαν οι συνθετικές συγκολλητικές ουσίες οι οποίες ήταν πλέον ικανές να συγκρατούν χωρίς επιβοηθήματα τα μέρη των επίπλων. Μία από της μεγαλύτερες ανακαλύψεις την εποχή εκείνη ήταν οι κόλλες ουρίας φορμαλδεΰδης οι οποίες αποδείχθηκαν σημαντικές για την ανάπτυξη της βιομηχανίας επίπλων. Ένα σημαντικό μειονέκτημα της κόλλας ουρίας φορμαλδεΰδης ήταν η μεγάλη διάρκεια σκλήρυνσής της σε συνθήκες περιβάλλοντος. Έτσι μία νέα κατηγορία συγκολλητικών ουσιών οξικού πολυβυνιλεστέρα (PVAc) έκανε την εμφάνισή της το 1950 και αντικατέστησε και τις ζωικές κόλλες οι οποίες χρησιμοποιούνταν για 300 περίπου χρόνια αλλά και σε μεγάλο ποσοστό την ουρία φορμαλδεΰδη. Σήμερα στην παραγωγή επίπλων χρησιμοποιούνται οι παρακάτω συγκολλητικές ουσίες: ουρία φορμαλδεΰδη, οξικός πολυβυνιλεστέρας (PVAc), κόλλα καζεΐνης, θερμόρέουσες συγκολλητικές ουσίες (Hot-melts) και πολυουρεθάνες (Τout, 2000). 30

31 Ουρία φορμαλδεΰδη (UF) Οι κόλλες αυτές χρησιμοποιούνται σε προϊόντα των οποίων η διαστασιακή ομοιομορφία και η επίπεδη και λεία επιφάνεια, είναι ο κυριότερος στόχος π.χ. μοριοσανίδες, και MDF ινοπλάκες, αντικολλητά από ξύλο πλατύφυλλων και σε έπιπλα. Τα προϊόντα που χρησιμοποιούν UF σχεδιάζονται για εσωτερικές χρήσεις (Rowell, 2005), έχουν μέτρια αντοχή σε υγρασία και μέτρια έως χαμηλή ανθεκτικότητα σε θερμοκρασία πάνω από 50 ο C (Γρηγορίου, 2002). Οι κόλλες αυτές είναι περισσότερο οικονομικές από την PF και είναι ευρέως διαδεδομένες για σύνθετα προϊόντα ξύλου. Διατίθενται στο εμπόριο σε υγρή μορφή ή σε μορφή σκόνης και μπορεί να είναι αναμεμειγμένες και με μελαμίνη ή και με άλλες ανθεκτικές κόλλες. Το έμφυτο απαλό λευκό έως κίτρινο χρώμα καθιστά τα προϊόντα μερικώς κατάλληλα για διακοσμητικούς σκοπούς. Συχνά παρατηρείται έκλυση φορμαλδεΰδης η οποία προκαλεί ερεθισμούς στα μάτια (Pizzi, 2003). Πάραυτα είναι αρκετά φθηνή με μεγάλη δραστικότητα, για τον λόγο αυτό χρησιμοποιείται ευρέως από τις βιομηχανίες ξύλου, ακόμα και ως εμποτιστική ουσία, αλλά και σε ηλεκτρολογικό εξοπλισμό (πρίζες, διακόπτες, κλέμες) και τέλος σε διάφορα σκληρά αφρώδη προϊόντα για μονώσεις (Καραγιανίδης, 2006). Οι ρητίνες ουρίας-φορμαλδεΰδης ως κόλλες στη βιομηχανία ξύλου έχουν τεράστια κατανάλωση. Όμως τα τελευταία χρόνια διαπιστώθηκε ότι η εφαρμογή τους σε έπιπλα, τα οποία τελικά βρίσκονται σε κλειστούς χώρους δημιουργεί σοβαρά προβλήματα υγείας. Αυτό οφείλεται στις ρίζες ελεύθερης φορμαλδεΰδης, οι οποίες με την πάροδο του χρόνου μετακινούνται από το εσωτερικό του ξύλου στην επιφάνεια και στη συνέχεια αναδύονται στον κατοικήσιμο χώρο. Έτσι πρόσφατα πάρθηκαν μέτρα για τη συγκεκριμένη εφαρμογή, οπότε οι κόλλες στην επιπλοβιομηχανία δεν θα πρέπει να εκπέμπουν φορμαλδεΰδη (Καραγιαννίδης, 2006). 31

32 Πλεονεκτήματα Ουρίας Φορμαλδεΰδης: Χαμηλό κόστος Ευκολία στην χρήση κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες Αντοχή σε μικροοργανισμούς Έλλειψη χρώματος Ικανοποιητική διαλυτότητα σε νερό Μειονεκτήματα Ουρίας φορμαλδεΰδης: Μειωμένη αντοχή σε υγρασία, ειδικότερα σε συνδυασμό με υψηλή θερμότητα λόγω έκλυσης φορμαλδεΰδης (Conner, 2001) Οξικός πολυβινυλεστέρας PVAc Το μονομερές από το οποίο παράγεται ο πολυβινυλεστέρας (PVAc) είναι ο οξικός βινυλεστέρας, ο οποίος παρασκευάζεται από ακετυλένιο και οξικό οξύ στους 210 ο C παρουσία Zn ή Cd ως καταλύτη. Επίσης παράγεται από αιθυλένιο το οποίο οξειδώνεται σε μίγμα ακεταλδεΰδης και οξικού ανυδρίτη. Τα τελευταία αντιδρούν μεταξύ τους και δίνουν το διοξικό εστέρα της αιθυλιδενοδιόλης, ο οποίος με πυρόλυση δίνει οξικό βινυλεστέρα (Καραγιανίδης et al, 2006). Ο βινυλικός εστέρας είναι άχρωμος, μη εύφλεκτος με χαρακτηριστική οσμή, σημείο βρασμού 72,7 0 C, ιξώδες 0,4 cp στους 20 0 C (Bandel, 1995) και διαλυτότητα στο νερό περίπου 2% στους 25 0 C. Μέχρι σήμερα δεν είναι γνωστό πότε πραγματοποιήθηκε ο πρώτος πολυμερισμός του οξικού βινυλεστέρα, αλλά την περίοδο 1915 έως το 1925 έγιναν οι πρώτες προσπάθειες, ενώ το 1930 η συγκολλητική ουσία ήταν διαθέσιμη στην αγορά (Dinwoodie, 1983). Ο οξικός πολυβινυλεστέρας (PVAc) είναι θερμοπλαστική συγκολλητική ουσία η οποία χρησιμοποιείται ευρέως σε μη - δομικές κατασκευές, έπιπλα και κουζίνες (Dinwoodie, 1983). 32

33 Η κόλλα αυτή είναι ανθεκτική σε θερμοκρασιές 50 0 C με 60 0 C με σταθερό φορτίο, ενώ δεν θεωρείται κατάλληλη για κατασκευές που φέρουν μεγάλα φορτία και ειδικά σε εξωτερικούς χώρους. Αυτό οφείλεται στο φαινόμενου ερπυσμού το οποίο παρουσιάζουν οι κόλλες αυτές μετά από κάποιες εβδομάδες ή μήνες. Για την ενίσχυση της αντίστασης προς το φαινόμενο του ερπυσμού ενδείκνυται η αύξηση της ποσότητας του οξικού πολυβυνιλεστέρα, παρατηρείται όμως μείωση της αντοχής της κόλλας σε υψηλή υγρασία. Το άμυλο είναι ένα ακόμα συστατικό το οποίο μπορεί να μειώσει το κόστος της συγκολλητικής ουσίας, να αυξήσει την ταχύτητα σκλήρυνσης της κόλλας αλλά να μειώσει και πάλι την αντοχή της σε υψηλά ποσοστά υγρασίας. Η χρήση αλάτων χρωμίου ως σκληρυντές είναι ο καλύτερος χειρισμός για την ενίσχυση της αντοχής της κόλλας σε υψηλή υγρασία, καθώς και χλωριούχο άργιλο. Η διάρκεια ζωής της κόλλας φτάνει τις ημέρες με την προσθήκη νιτρικόυ και χλωριούχου αργίλου. Ένα βασικό μειονέκτημα των πρόσθετων αυτών ουσιών είναι ο χρωματισμός του ξύλου (Bandel, 1995). Πλεονεκτήματα: Δεν είναι εύφλεκτη Είναι ακίνδυνη για την ανθρώπινη υγεία Έχει καλή ελαστικότητα δεσμών Είναι άοσμη Έχει μεγάλη διάρκεια αποθήκευσης Έχει μεγάλη αντοχή δεσμών Εμφανίζεται διάφανη χωρίς χρώμα, μετά την ξήρανσή της και δεν παρουσιάζει προβλήματα στα υλικά όπου χρησιμοποιείται Μειονεκτήματα: Έχει υψηλό κόστος σε σχέση με άλλες συγκολλητικές ουσίες Παρουσιάζει το φαινόμενου του ερπυσμού σε υψηλές θερμοκρασίες και μεγάλες τάσεις 33

34 Δεν παρουσιάζει αυξημένη ανθεκτικότητα σε υγρασία, βακτήρια, μύκητες (Γρηγορίου, 2002). Τοξικότητα PVAc: Γενικά ο οξικός πολυβυνιλεστέρας δεν είναι γνωστός ως φυσικό προϊόν. Αυτό σημαίνει ότι αποτελείται από χημικά συστατικά (πολυμερή) και όχι από φυσικές πρώτες ύλες που προέρχονται από φυτά ή ζώα. Παρόλα αυτά η εκτεταμένη χρήση της δεν έχει οδηγήσει σε συμπεράσματα που να δείχνουν ότι είναι βλαβερή προς το περιβάλλον ή τον άνθρωπο. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχουν ειδικές αναφορές σχετικά με την επικινδυνότητα ή την τοξικότητά της σύμφωνα με την νομοθεσία. Δεν υπάρχει καμία προειδοποίηση για κίνδυνο της υγείας μας ή για καταστροφή των προϊόντων με τα οποία έρχονται σε επαφή. Η παρουσία του πλαστικοποιητή DBP (Φθαλικός διβουτυλεστέρας) στην παρασκευή της κόλλας θα μπορούσε να δημιουργήσει αμφιβολίες αφού το 14 % αυτού χρησιμοποιείται στην παραγωγή συγκολλητικών ουσιών. Σύμφωνα με τις ευρωπαϊκές επιτροπές CSTEE (scientific committee on toxicity ecotoxicity and the environment και η RAR risk assessment report) και μετά από έρευνες αυτών κατέληξαν ότι η ουσία αυτή δεν θα πρέπει να θεωρείται επικίνδυνη και ότι η εισπνοή της άμεσα ή έμμεσα δεν προκαλεί αναπνευστικά προβλήματα ούτε δερματικές διαταραχές άλλα ούτε και καρκινογενέσεις. Σύμφωνα με τον Α.Conner (2001) η κόλλα αυτή έχει αντικαταστήσει τις φυσικές κόλλες οι οποίες αποδεικνύονται αναποτελεσματικές στην συγκόλληση Κόλλα καζεΐνης Η κόλλα καζεΐνης παρασκευάζεται από την πρωτεΐνη καζεΐνη (λεύκωμα) που περιέχεται στο αποβουτυρωμένο γάλα και η κύρια χρήση της ήταν στην κατασκευή επίπλων στην Μεσαιωνική εποχή, ως χρωστική (βαφή), και ως 34

35 κύριο συστατικό του καμβά στους πίνακες την εποχή της αναγέννησης (Lambuth, 1989). Εκτός από το κύριο συστατικό περιέχει και διάφορα υδροξείδια όπως ασβεστίου και νατρίου τα οποία βελτιώνουν τις ιδιότητές της (Rowland, 1998). Η περιεκτικότητα της κόλλας σε ασβέστιο είναι πολύ σημαντική, αφού υψηλό ποσοστό (πάνω από 30 %) διασφαλίζει στην κόλλα την μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε υψηλή υγρασία με μικρή όμως διάρκεια ζωής της κόλλας. Αντίθετα ποσοστό (κάτω από 10 %) παρέχει μεγάλη διάρκεια ζωής στην κόλλα με μικρή όμως αντοχή της συγκόλλησης σε υψηλή υγρασία. Το ιξώδες το οποίο θα πρέπει να κυμαίνεται από 4000 έως 8000 cp και η συνοχή της κό λας καζεΐνης μπορεί να αλλάξει σημαντικά με την προσθήκη θείου, φορμαλδεΰδης και μείγμα μεταλλικών αλάτων (Lambuth, 1989). 35

36 36

37 Παραλαμβάνεται με οξείδωση όπου διαχωρίζεται το ίζημα από τον ορό. Το ίζημα πλένεται, ξεραίνεται, και μετατρέπεται σε σκόνη. Η σκόνη αυτή αναμιγνύεται με νερό και διατίθεται στο εμπόριο σε υγρή μορφή ή σε σκόνη. Η υγρασία του ξύλου που πρόκειται να συγκολληθεί θα πρέπει να είναι 5 έως 8 %. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε υψηλές θερμοκρασίες ή και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος (Pizzi, 2003). Έχει μέτρια αντοχή σε νερό ενώ δεν είναι κατάλληλη για εξωτερικές χρήσεις αφού δεν είναι κατάλληλη για κατασκευές εκτεθειμένες σε καιρικές συνθήκες ή σε μεγάλη σχετική υγρασία ενώ εύκολα προσβάλλεται από μύκητες και έντομα (Γρηγορίου, 2002). Για την ενίσχυση της ανθεκτικότητας των συγκολλημένων προϊόντων κατά της αποσύνθεσης ενδείκνυται η προσθήκη μυκητοκτόνων στο μείγμα της κόλλας (Lambuth, 1989). Λόγω των αλκάλεων που περιέχει είναι δυνατόν να προκαλέσει αποχρωματισμό σε μερικά είδη. Επίσης έχει παρατηρηθεί ότι μπορεί να προκαλέσει φθορά σε εργαλεία κατεργασίας ή και ερεθισμό του δέρματος των εργατών (Γρηγορίου, 2002). Παρόλο που στο παρελθόν γινόταν χρήση θερμής πίεσης, αποδείχθηκε πως η ψυχρή πίεση δίνει πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα. Έρευνες έδειξαν ότι η κόλλα αποκτά περίπου την μισή από την αντοχή της σε περίπου 3 ώρες ενώ σε 6 έως 8 ώρες σε συνθήκες περιβάλλοντος έχουν αποκτήσει πλήρως την αντοχή τους. Ένα ακόμα χαρακτηριστικό της κόλλας αυτής είναι η ανθεκτικότητά της στην φωτιά. Η τιμή της κόλλας ποικίλει ευρέως και εξαρτάται από την προσφορά και την ζήτηση της αγοράς για τα προϊόντα γάλακτος, και γενικά θωρείται μία υψηλού κόστους συγκολλητική ουσία. Σήμερα η χρήση της κόλλας αυτής είναι πολύ περιορισμένη και έχει αντικατασταθεί από τις κόλλες φαινόλη - ρεσορσινόλη φορμαλδεΰδη (Lambuth, 1989). Πλεονεκτήματα κόλλας καζεΐνης: Το υψηλό ph της (ph:12) την καθιστά την καλύτερη επιλογή για συγκόλληση ξύλων με υψηλά ποσοστά ελαίων και εκχυλισμάτων 37

38 Είναι ανθεκτική σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών Έχει πολύ καλή αντοχή και δεν παρουσιάζει φαινόμενο ερπυσμού Μειονεκτήματα κόλλας καζεΐνης: Προκαλεί αποχρωματισμό του ξύλου π.χ. δρυς, σφεντάμι λόγω της αλκαλικότητάς της Δεν έχει μεγάλη αντοχή σε υψηλά ποσοστά υγρασίας Έχει μικρό χρόνο εφαρμογής (assembly time) περίπου 20 με 30 λεπτά. (Marra, 1992) Θερμο-ρέουσες (hot-melts) Οι θερμό-ρέουσες συγκολλητικές ουσίες ορίζονται ως θερμοπλαστικές κόλλες χωρίς διαλύτες. Η ανάπτυξή τους βασίζεται στην χρήση λιωμένου κεριού για συγκόλληση. Η χρήση τους ξεκινάει την δεκαετία του 1950 ενώ στις Η.Π.Α στις αρχές του 1980.Οι κόλλες αυτές μπορεί να έχουν την μορφή ραβδιών (μπαστούνια), μορφή κόκκων ή και σε λιωμένη μορφή (Wikipedia). Τα βασικά συστατικά τους είναι: πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυαμίδια, και πολυεστέρες. Χαρακτηριστικό της κόλλας αυτής είναι ότι η σκλήρυνσή της γίνεται μέσα σε δευτερόλεπτα έως και ένα λεπτό. Είναι συμβατές με τα περισσότερα υλικά και ο χειρισμός τους είναι πολύ εύκολος. Η αντοχή τους επηρεάζεται από το νερό, την υγρασία και τις υψηλές θερμοκρασίες, έτσι η χρήση τους είναι ακατάλληλη σε χώρους όπου μπορεί να αναπτυχθούν μεγάλες θερμοκρασίες όπως π.χ. στα ντουλάπια κουζίνας τα οποία βρίσκονται κοντά σε φούρνο. Ωστόσο υπάρχουν μερικοί τύποι αυτών όπως θερμό-ρέουσες με βάση πολυουρεθάνες (PURs), οι οποίες καινοτομούν στο θέμα τις θερμοκρασίας και είναι πιο ανθεκτικές. Ένας από τους πιο κρίσιμους παράγοντες για την επιτυχή εφαρμογή τους είναι οι αξιόπιστες πηγές θερμότητας, να μπορούν να διατηρήσουν το συγκολλητικό υλικό σε σταθερή θερμοκρασία γιατί μείωση της θερμοκρασίας μπορεί να προκαλέσει πρόωρη σκλήρυνση. Ένα πολύ σημαντικό θέμα που θα πρέπει να αναφέρουμε είναι η συμβατότητα της 38

39 κόλλας αυτής στην ανακύκλωση κυρίως χαρτιού διότι διαχωρίζεται εύκολα από τις ίνες χαρτιού ή χαρτονιού λόγω της ακαμψίας της μετά την σκλήρυνσή της. Ένας γνωστός τύπος της κατηγορίας αυτής είναι ο τύπος EVA (Ethylene vinyl acetate) (Conner, 2001). Η κόλλα αυτή χρησιμοποιείται κυρίως σε χάρτινες κατασκευές αλλά σπάνια και στην παραγωγή επίπλων (Frihart, 2005). Πλεονεκτήματα θερμό-ρεουσών συγκολλητικών ουσιών: Ο κύριος εξοπλισμός των συγκολλητικών αυτών κοστίζει % λιγότερο από ότι τα συγκολλητικά με διαλύτη Απαιτείται μικρότερο εργατικό δυναμικό Χαμηλότερο κόστος μεταφοράς λόγω μικρότερου όγκου Η συγκόλληση μπορεί να γίνει σε δευτερόλεπτα Είναι ικανή να συγκολλήσει ανόμοια υλικά, ευαίσθητα σε θερμοκρασίες Λειτουργεί ικανοποιητικά σε υψηλές θερμοκρασίες και υγρό περιβάλλον Μειωμένη εξάτμιση επικινδύνων αερίων Εξάλειψη κινδύνων έκρηξης Δεν απαιτούνται συστήματα ελέγχου ρύπανσης Μειονεκτήματα θερμό-ρεουσών συγκολλητικών ουσιών Απαραίτητος ο εξοπλισμός ανίχνευσης θερμότητας Μπορεί εύκολα να επηρεαστεί από τον ατμοσφαιρικό αέρα Η κόλλα πρέπει να εφαρμοστεί σε θερμοκρασίες έως C Συχνά προκαλεί εγκαύματα ή αναπνευστικά προβλήματα στους εργαζομένους Καταναλώνονται μεγάλα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας λόγω υψηλών θερμοκρασιών Χρήσεις Εφαρμογές Η χρήση των συγκολλητικών ουσιών της κατηγορίας αυτής είναι ευρεία. Χάρτινες κατασκευές, φακέλους, γραμματόσημα, βιβλιοδεσίες, 39

40 κλωστοϋφαντουργία, αθλητικά είδη και παπούτσια, τσάντες, τσιγάρα, σφραγίδες, ετικέτες, πνευστά μουσικά όργανα (κλαρίνα, σαξόφωνα, φλάουτο), αεροσκάφη, πλοία, αυτοκίνητα, φορτηγά, προκατασκευασμένα σπίτια, ξύλινες κατασκευές, κουζίνες Πολυουρεθάνες Ανακαλύφθηκαν το 1937 από τον Bayer. Οι πολυουρεθάνες εκτός από συγκολλητικές ουσίες χρησιμοποιούνται και ως υλικά επίστρωσης. Ως συγκολλητικές ουσίες χρησιμοποιούνται στα αντικολλητά και στην πριστή ξυλεία. Οι δεσμοί τους γίνονται ισχυροί με την επίδραση ψυχρού και θερμού νερού και γενικά έχουν υψηλή ανθεκτικότητα σε υγρασία και ξηρασία και μεγάλη αντοχή σε νερό και χημικές ουσίες (Rowell, 2005). Σύμφωνα με έρευνες που έχουν γίνει αξίζει να σημειωθεί ότι οι πολυουρεθάνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν με μεγάλη επιτυχία στην συγκόλληση χλωρού ξύλου, μία διαδικασία δύσκολη αλλά πολύ ενδιαφέρουσα με θετικά αποτελέσματα (Μαντάνης et al, 2010). Έχουν σχετικά μεγάλο κόστος και η μορφή τους είναι υγρή με χαμηλό ιξώδες έως ρητινώδη με υψηλό ιξώδες. Χρωματικά ποικίλει από διάφανο έως καφέ χρώμα. Οι ιδιότητες τους γενικά χαρακτηρίζονται εξαιρετικές: α) δεν προσβάλουν και δεν μεταχρωματίζουν το ξύλο, β) είναι κατάλληλες για συγκόλληση διαφορετικών ειδών και γ) δεν προσβάλλονται από μύκητες και βακτήρια. Τα μόνα μειονεκτήματά τους είναι α) το υψηλό κόστος, β) δεν αντέχουν τις υψηλές θερμοκρασίες, ατμό και γ) οι εργαζόμενοι μπορούν να παρουσιάσουν αναπνευστικά προβλήματα και κατά συνέπεια θα πρέπει να παίρνονται αυστηρά μέτρα. Παρόλα αυτά δεν παραμορφώνονται, δεν επηρεάζονται από την υπεριώδη ακτινοβολία και συμπεριφέρονται καλά σε περίπτωση πυρκαγιάς όπως επίσης έχουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και αυξημένη αντοχή σε τριβή. Στην κατηγορία των πολυουρεθανών ανήκουν οι ισοκυανάτες και οι πολυισοκυανικοί εστέρες (Frihart, 2005). 40

41 1.12. Χαρακτηριστικά ξύλων οξιάς, φλαμουριάς και δρυός Οξιά - Beech European Η οξιά μαζί με την δρυ θεωρούνται από τα σημαντικότερα πλατύφυλλα στην κεντρική και ανατολική Ευρώπη (Pohler, 2005). Η κύρια χρήση τoυ ξύλου της οξιάς πριν τον πρώτο Παγκόσμιο πόλεμο ήταν στην κατασκευή σιδηροδρομικών γραμμών αλλά και ως καυσόξυλο. Η χρήση της στην επιπλοποιία, στην κατασκευή κουτιών, πατωμάτων, καφασιών και τελάρων, στην παραγωγή χαρτοπολτού (κυρίως για χαρτιά με λεία και απαλή επιφάνεια με μείξη και άλλων ειδών) άλλα και στην παραγωγή μεθανόλης, καθιστούν το ξύλο της οξιάς ως ένα από τα σημαντικότερα πλατύφυλλα (Carpenter, 1974). Το ξύλο της οξιάς χαρακτηρίζεται σκληρό και ανθεκτικό, κατεργάζεται εύκολα (όχι όμως με εργαλεία χειρός) και δεν έχει χαρακτηριστική οσμή ή γεύση. Συρρικνώνεται σημαντικά με την απώλεια υγρασίας και για τον λόγο αυτό συνίσταται ιδιαίτερη προσοχή κατά την ξήρανση για την αποφυγή δημιουργίας ραγάδων κ.α. (Carpenter, 1974). Το εγκάρδιο ξύλο χαρακτηρίζεται από το κοκκινωπό έως καφέ χρώμα του, ενώ το σομφό είναι λευκότερο με κοκκινωπή όμως όψη. Για τον λόγο αυτό παρατηρείται δυσκολία στον διάκριση των δύο ξύλων (σομφό-εγκάρδιο). Επιπλέον οι αυξητική δακτύλιοι είναι εμφανώς ευδιάκριτοι. Το ειδικό του βάρος ορίζεται στα 0,56g και η πυκνότητά του κυμαίνεται από Kg/m 3 ενώ παρατηρείται ότι η πυκνότητα του εγκάρδιου ξύλου είναι υψηλότερη κατά 2,74 % (Pohler, 2005). Οι Cividini et al υποστηρίζουν ότι η βασική του πυκνότητα είναι 560 Kg/m 3 αλλά μεταβάλλεται πολύ εύκολα (Cividini et al, 2007). Η ανθεκτικότητα του σομφού αλλά και του εγκάρδιου ξύλου σε σήψη είναι χαμηλή, για τον λόγο αυτό συνίσταται προστατευτικός εμποτισμός (Carpenter, 1974). Γενικά το ξύλο της οξιάς δίνει υψηλή αντοχή σε κρούση και στρέψη ενώ κάμπτεται εύκολα μετά από άτμιση. Η ικανότητα του ξύλου να διατηρεί την καμπυλότητά του μετά την άτμιση έχει οδηγήσει τους κατασκευαστές σε 41

42 ευρεία χρήση του ξύλου στην κατασκευή καμπύλων τμημάτων για έπιπλα (καρέκλες). Το σημαντικότερο ελάττωμα που προσδίδει η άτμιση στο ξύλο της οξιάς είναι το έντονα κόκκινο χρώμα (Τσουμής, 1983). Το κόκκινο χρώμα στο ξύλο μπορεί να εμφανιστεί αμέσως μετά την υλοτομία εάν η θερμοκρασία και η σχετική υγρασία του αέρα κυμαίνονται σε υψηλά επίπεδα (Cividini et al, 2007). Το χρώμα του ξύλου είναι σημαντικός παράγοντας για τον αγοραστή της ξυλείας και συχνά η τιμή του εξαρτάται από αυτό (Pohler, 2005). Ένα σημαντικό μειονέκτημα του ξύλου αυτού είναι το σχετικά μικρό ποσοστό ξύλου το οποίο χρησιμοποιείται από τον κορμό του δέντρου. Το 75 % του κορμού των δέντρων είναι συχνά χαμηλής ποιότητας (βαθμός ξυλείας C) λόγω του κοκκινωπού χρώματος του εγκάρδιου ξύλου κυρίως στα δέντρα μεγάλης ηλικίας (Pohler, 2005). Σήμερα γίνονται πολλές έρευνες για την αξιοποίηση του ξύλου αυτού αφού παράγεται σε μεγάλες ποσότητες και δεν θα πρέπει να μένει ανεκμετάλλευτο Δρυς Oak Τo ξύλο της δρυός φύεται στη Δυτική και Κεντρική Ευρώπη. Στην χώρα μας τα δάση φυλλοβόλων δρυών καλύπτουν το 32 % της συνολικής δασικής έκτασης. Η συμμετοχή των δρυοδασών στην παραγωγή ξύλου ανέρχεται στα 47 % περίπου, ενώ το μεγαλύτερο ποσοστό χρησιμοποιείται για καυσόξυλα. Επιπλέον το μεγαλύτερο ποσοστό παραγωγής της ξυλείας δρυός είναι μικρών διαστάσεων σε διάμετρο και μήκος (Μπαρμπούτης, 2006). Στην πατρίδα μας η δρυς ήταν ιερή από τους μυθολογικούς χρόνους, αυτοφυής σε μεγάλες εκτάσεις και χρησιμοποιήσιμη ευρύτατα από τους ιστορικούς χρόνους. Η σημερινή έλλειψη του δένδρου δικαιολογείται από την εκτεταμένη αλόγιστη υλοτόμησή του για την κατασκευή των πλοίων του Βυζαντινού πολεμικού στόλου (Τσιπήρας, 2009). Τα είδη της δρυός είναι πάρα πο λά, δύο όμως κατηγορίες είναι οιπιο γνωστές: η κόκκινη και η λευκή δρυς. Το σομφό ξύλο της κόκκινης δρυός είναι λευκό, 2-5 cm, ενώ το εγκάρδιο έχει καστανό χρώμα με χροιά κόκκινου. Το 42

43 ξύλο της λευκής δρυός έχει και αυτό λευκό σομφό ξύλο ενώ το εγκάρδιο είναι γκριζωπό. Οι δύο κατηγορίες δρυών διαχωρίζονται μεταξύ τους από την διάταξη των πόρων στο όψιμο ξύλο ενώ οι τυλώσεις λείπουν στην κόκκινη δρυ. Οι ακτίνες του ξύλου είναι ευδιάκριτες (Wiemann, 2010). Έχει μέση πυκνότητα 0,67 (680 g/m³). Ξηραίνεται δύσκολα και στη φυσική ξήρανση το εσωτερικό των χοντρών πριστών μπορεί να παραμείνει υγρό για πολλά χρόνια. Η τεχνική ξήρανση πρέπει να είναι αργή και προσεκτική ενώ παρατηρείται μεγάλη συρρίκνωση κατά την ξήρανση. Έχει την ιδιότητα να οξειδώνει τα μέταλλα, ειδικά το σίδηρο και το χάλυβα, ενώ το ίδιο είναι ανθεκτικό στην αποσύνθεση (Τσιπήρας, 2009). Η κύρια χρήση του ξύλου είναι στην βαρελοποιία και στα κυρτά τμήματα πλοίων και σκαφών. Επίσης χρησιμοποιείται στις σιδηροδρομικές γραμμές (εμποτισμένο με κρεόζωτο), στην παραγωγή ξυλοφύλλων, χαρτοπολτού, παλετών, κιβωτίων, σε δάπεδα, φράχτες, γεωργικά εργαλεία, πόρτες, στην επιπλοποιία και σε ορισμένα μέρη αυτοκινήτων (Wiemann, 2010) Φλαμουριά-Tilia Το δέντρο της φλαμουριάς καλείται common lime στην Βρετανία και linden ή basswood στην βόρια Αμερική και σύμφωνα με την μυθολογία θεωρούταν από τον γερμανικό λαό ως ιερό δέντρο αφού πίστευαν ότι θα τους βοηθούσε να ανακαλύψουν τις αλήθειες (Timber-file, 2008). Υπάρχουν είδη τα οποία μοιάζουν μικροσκοπικά μεταξύ τους (USDA, 1995). Έχει χαμηλή πυκνότητα, είναι ελαφρύ ξύλο, έχει ομοιόμορφη και λεπτή υφή (Timber-file, 2008) και οι πόροι του είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι. Οι ακτίνες του είναι καθαρά ορατές στην επιφάνεια ενώ όταν περιέχει υψηλά ποσοστά υγρασίας έχει χαρακτηριστική οσμή. Τo σομφό ξύλο της φλαμουριάς έχει λευκό χρώμα ενώ το εγκάρδιο ανοιχτό καστανό. Στην περιοχή γύρω από τον φλοιό παρατηρείται κοκκινωπό χρώμα (Cassens, 2007). Εάν το ξύλο δεν προστατευτεί καλά υπάρχει πιθανότητα σήψης και αποχρωματισμός του από διάφορους μύκητες (Cassens, 2007) καθώς και μαύρες, καφέ ή λαδί ραβδώσεις λόγω υψηλού ποσοστού αργίλου (αργιλικά 43

44 εδάφη) (Cassens, 2007). Το εγκάρδιο ξύλο είναι πιο ευπαθές από το σομφό (USDA, 1995). Λόγο της χαμηλής πυκνότητας του ξύλου και του μικρού του βάρους οι μηχανικές ιδιότητες του είναι σχετικά χαμηλές με εξαίρεση την κάμψη (Cassens, 2007). Έχει καλή συγκολλητικότητα ενώ συμπεριφέρεται πολύ ικανοποιητικά στην χρήση βαφών και γενικά χρωστικών (USDA, 1995). Επίσης παρατηρείται κακή συμπεριφορά στην συγκράτηση καρφιών κ.α. και για τον λόγο αυτό δεν χρησιμοποιείται σε δομικές κατασκευές. Το ξύλο της φλαμουριάς ξηραίνεται πολύ εύκολα ενώ συρρικνώνεται αρκετά κατά την μετάβαση από την χλωρή κατάσταση στην ξηρή αλλά παραμένει σταθερή κατά την ξηρή κατάσταση (Cassens, 2007). Σύμφωνα με το USDA forest service (technology transfere) το ειδικό βάρος του ξύλου της αμερικανικής φλαμουριάς (Tilia Americana) είναι 0,37, ο βαθμός σκληρότητας είναι 1,8, η συμπίεση παράλληλα προς την διεύθυνση των ινών είναι 32,6 Μpa και η συμπίεση κάθετα προς την διεύθυνση των ινών είναι 2,55 Μpa. Η αντοχή του σε εφελκυσμό υπολογίστηκε στα 6,83 Μpa. Η κυριότερη χρήση του ξύλου αυτού είναι στην γλυπτική. Θεωρείται άριστο υλικό για σκάλισμα λό γω της χαμηλής το υ πυκνό τητας. Στα έπιπλα χρησιμοποιείται για την κατασκευή των εσωτερικών του μερών (Cassens, 2007). Οικονομική σημασία του ξύλου της φλαμουριάς Ως δέντρο η φλαμουριά έχει μεγάλη αισθητική και πολιτιστική αξία ως μέρος της αστικής δασοκομίας και διαχείρισης του τοπίου. Χρησιμοποιείτε στην παραγωγή πολύ καλής ποιότητας μελιού καθώς και σε μεγάλες ποσότητες στην φαρμακευτική Το εσωτερικό μέρος του φλοιού της φλαμουριάς αποτελείται από μακριές και σκληρές ίνες που κάποτε χρησιμοποιούταν στην παραγωγή κορδονιών, ψαθών καθώς και στα είδη ένδυσης 44

45 Παράγει ξυλεία καλής ποιότητας, γνωστή και ως λευκή ξυλεία αλλά δεν χρησιμοποιείται ως δομικό υλικό Έχει καλές ακουστικές ιδιότητες και για τον λόγο αυτό χρησιμοποιείται στην κατασκευή κιθάρας, τυμπάνου κ.α. (Rajendra, 2009) H χρήση του στην κατασκευή πιάνου περιορίζεται στην κατασκευή των πλήκτρων (Cassens, 2007) Επιπλέον χρησιμοποιείται στην παραγωγή: ξυλοφύλλων, αντικολλητών, χαρτοπολτού, ινοσανίδων, παιχνιδιών ακόμα και σε προκατασκευασμένα σπίτια (USDA, 1995) Έχει χαμηλό κόστος (Cassens, 2007) Στο σχήμα 4 παριστάνεται συνολικά η παραγωγή ορισμένων δασοπονικών ειδών στην Ευρώπη. Παρατηρείται ότι η οξιά βρίσκεται στην τρίτη θέση με μεγάλο ποσοστό παραγωγής καθώς και πολλά είδη της δρυός με την Quercus Σχήμα 4. Παραγωγή ορισμένων δασοπονικών ειδών στην Ευρώπη (Koble et al, 2010) 45

46 robur να κατέχει τα μεγαλύτερα ποσοστά παραγωγής. Η φλαμουριά όπως φαίνεται και στο σχήμα παράγεται σε πολύ μικρά ποσοστά. 46

47 2. Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Σχετικά με την χρήση των συγκολλητικών ουσιών PVAc και καζεΐνη στα είδη οξιάς, φλαμουριάς και δρυός έχουν διεξαχθεί οι παρακάτω μελέτες. Οι Konnerth et al το 2006 μελέτησαν την συμπεριφορά και την αντοχή του ξύλου οξιάς συγκολλημένο με καζεΐνη, PVAc και άλλων συγκολλητικών ουσιών σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ (2004). Οι ερευνητές κατέληξαν πώς παρόλο που η PVAc έδωσε καλύτερα αποτελέσματα από την κόλλα καζεΐνης, η αντοχή τους δεν διέφερε στατιστικώς σημαντικά. Οι Μπαρμπούτης et al το 2005 μελέτησαν την αντοχή σε στατική κάμψη της συγκολλημένης με δακτυλοειδείς συνδέσεις ξυλείας οξιάς (ατμισμένης και μη ατμισμένης). Οι συγκολλητική ουσία που χρησιμοποιήθηκε ήταν η PVAc τριών κατηγοριών D1, D2, D3 για εσωτερική χρήση. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα η κατηγορία D3 της πολυβινυλικής κόλλας έδωσε τις μεγαλύτερες τιμές μέτρου θραύσης από τις κατηγορίες D1 και D2, ενώ η κατηγορία D1 τις μικρότερες. Οι Μπαρμπούτης et al το 2005 μελέτησαν την αντοχή σε κάμψη της συγκολλημένης με δακτυλοειδείς συνδέσεις ξυλείας δρυός αριάς (Quercus ilex), χρησιμοποιώντας πολυβινυλική κόλλα τριών κατηγοριών D1, D2, D3. Οι ερευνητές κατέληξαν πως η κατηγορία D3 της πολυβινυλικής κόλλας δίνει καλύτερα αποτελέσματα στην αντοχή σε κάμψη, ενώ η κατηγορία D1 μειονεκτεί των άλλων κατηγοριών. Οι Keskin et al το 2008 ερεύνησαν την συγκολλητική ικανότητα της PVAc και άλλων συγκολλητικών ουσιών σε ξυλεία οξιάς, δρυός και φλαμουριάς εμποτισμένης και μη με εμποτιστική ουσία τύπου vacsol azure. Παρατηρήθηκε λοιπόν ότι μεγαλύτερη αντοχή έχει το ξύλο οξιάς ενώ το ξύλο φλαμουριάς την μικρότερη. Επιπλέον η PVAc σε συνδυασμό με εμποτισμένο ξύλο οξιάς έδωσε τα μεγαλύτερα μέτρα θραύσης ενώ τα μικρότερα τα έδωσε το ξύλο φλαμουριάς συγκολλημένο με ουρία φορμαλδεΰδη. Oι Ozcifci et al το 2007 μελέτησαν την επίδραση της μηχανικής κατεργασίας της επιφάνειας του ξύλου το οποίο πρόκειται να συγκολληθεί καθώς και την 47

48 επίδραση της διεύθυνσης των ινών στην διαδικασία της συγκόλλησης. Τα ξύλα που χρησιμοποιηθήκαν ήταν η οξιά, η δρυς, το πεύκο και η λεύκη. Ενώ οι συγκολλητικές ουσίες που μελετήθηκαν ήταν η φαινόλη φορμαλδεΰδη, η PVAc, η ο υρία φο ρμαλδεΰδη και η πολυουρεθάνη. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα η υψηλότερη αντοχή καταγράφηκε στα δοκίμια οξιάς συγκολλημένα με PVAc, καθώς επίσης η εφαπτομενική διεύθυνση συγκόλλησης υπέδειξε μεγαλύτερη αντοχή σε σύγκριση με την ακτινική χωρίς όμως να παρατηρούνται σημαντικές διαφορές. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η οξιά σε συνδυασμό με την PVAc είναι πολύ καλή επιλογή για την παραγωγή ξύλινων κατασκευών. Οι Cowan et al το 1978 μελέτησαν την επίδραση της σχετικής υγρασίας και του χρόνου ζωής της συγκολλητικής ουσίας στις ιδιότητες της συγκολλητικής ουσίας PVAc. Τα συγκολλημένα δοκίμια εκτέθηκαν σε διαφορετικές σχετικές υγρασίες (0 %, 40 %, 60 %, και 90 %). Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η αντοχή σε εφελκυσμό και το μέτρο ελαστικότητας της κόλλας μειώθηκε με σημαντική διαφορά στα δοκίμια τα οποία εκτέθηκαν σε σχετική υγρασία πάνω από 40 % και ειδικά στις υγρασίες πάνω από 60 % η μείωση ήταν αλματώδης. Επιπλέον ο χρόνος ζωής σε 1,5, 2,5 και 3,5 μήνες είχε σημαντική επιρροή στην αντοχή σε εφελκυσμό ενώ το μέτρο ελαστικότητας δεν επηρεάστηκε καθόλου. Οι Pohler et al το 2005 ερεύνησαν τις μηχανικές ιδιότητες και την συγκολλητικότητα του κανονικού ξύλουοξιάς και του<< κόκκινου >> εγκαρδίου (red heartwood) ξύλου της οξιάς. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα τις έρευνας δεν παρατηρείται καμία διαφορά στις μηχανικές ιδιότητες μεταξύ των δύο ειδών ξύλου ενώ κάποιες μικρές διαφορές στα αποτελέσματα ευθύνονται στην διαφορετική πυκνότητα των δοκιμίων. Έτσι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το κόκκινο εγκάρδιο ξύλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην παραγωγή επίπλων. Το εγκάρδιο ξύλο της οξιάς έδωσε πολύ υψηλές τιμές σε αντοχή σε κάμψη και μεγάλα μέτρα ελαστικότητας. Όσον αφορά την συγκόλληση οι ερευνητές συμπέραναν ότι η ποιότητά της εξαρτάται περισσότερο από την υγρασία την θερμοκρασία και τον τύπο της κόλλας και όχι τόσο από το είδος του ξύλου. Τέλος η αντοχή σε εφελκυσμό των δύο ξύλων 48

49 συγκολλημένα με PVAc δεν διέφεραν σημαντικά, αντιθέτως έδωσαν παρόμοια αποτελέσματα. Oι Burdurlu et al το 2007 μελέτησαν την επίδραση της επιφάνειας του ξύλου, η οποία πρόκειται να συγκολληθεί, στην αντοχή σε διάτμηση των ξύλων οξιάς και πεύκου συγκολλημένα με PVAc και ουρία φορμαλδεΰδη. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνας μεγαλύτερη αντοχή σε διάτμηση έδωσε το ξύλο οξιάς συγκολλημένο με PVAc και πίεση κατά την συγκόλληση 0,9 Μpa, ενώ τα δοκίμια ήταν κομμένα εφαπτομενικά. Αντιθέτως τις χαμηλότερες τιμές έδωσαν τα δοκίμια τα οποία ήταν και αυτά κομμένα εφαπτομενικά αλλά ήταν συγκολλημένα με ουρία φορμαλδεΰδη ενώ η εφαρμοσμένη πίεση ήταν 3 Μpa. Γενικά η PVAc έδωσε καλύτερα αποτελέσματα σε όλα τα δοκίμια είτε ακτινικά είτε εφαπτομενικά πλανισμένα, σε σχέση με την ουρία φορμαλδεΰδη. Οι Βασιλείου et al το 2007 μελέτησαν την αντοχή σε κάμψη της συγκολλημένης με δακτυλοειδείς συνδέσεις και πολυβινυλική κόλλα τριών κατηγοριών (D1, D2, D3) ξυλείας οξιάς. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα η κατηγορία D1 της πολυβινυλικής κόλλας έδωσε τη μικρότερη αντοχή, η κατηγορία D2 έδωσε μεγαλύτερη αντοχή από την κατηγορία D1 ενώ η D3 έδωσε την μεγαλύτερη αντοχή σε κάμψη. Οι Motohashi et al to 1982, μελέτησαν την επίδραση της θερμοκρασίας στην αντοχή σε εφελκυσμό του οξικού πολυβυνιλεστέρα. Το εύρος θερμοκρασίας που χρησιμοποιήθηκε ήταν από 130 έως 140 ºC. Οι ερευνητές κατέληξαν ότι η αντοχή της συγκόλλησης εξαρτάται από την αντοχή των στρώσεων τις συγκολλητικής ουσίας, οι οποίες με την σειρά τους εξαρτώνται από την μεταβολή του ιξώδους λόγο αλλαγής της θερμοκρασίας. Όταν μία συγκολλητική ουσία βρίσκεται σε ελαστική κατάσταση, λόγο της υψηλής θερμοκρασίας, τότε η αντοχή της συγκόλλησης είναι μικρή οφειλόμενη στην διάσπαση συνοχής της συγκολλητικής ουσίας. Όσο η κόλλα σκληραίνεται με την μείωση της θερμοκρασίας αυξάνεται η αντοχή της συγκόλλησης όπου οι επιφανειακές δυνάμεις μεταξύ ξύλου και κόλλας είναι πιο αποδοτικές. 49

50 3. Σκοπός της έρευνας Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι: η μελέτη της ποιότητας συγκόλλησης τριών βασικών ειδών ξύλου επιπλοποιίας (οξιάς, φλαμουριάς, δρυός) η αποτελεσματικότητα των συγκολλητικών ουσιών πολυβινυλικής αλκοόλης (PVAc) και καζεΐνης οι οποίες είναι οι σημαντικότερες κόλλες που προορίζονται για χρήση στην επιπλοποιία η επίδραση επάλειψης της συγκολλητικής ουσίας στην μία ή και στις δύο επιφάνειες των δοκιμίων η συσχέτιση των πειραματικών μεθόδων ελέγχου α) αντοχή σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση και β) αντοχή σε διάτμηση με εφελκυσμό 50

51 4. Υλικά και Μέθοδοι Για την κατασκευή των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε πριστή ξυλεία εμπορίου από τα είδη, οξιά (Fagus sylvatica), φλαμουριά (Tilia cordata Mill) και δρυ (Quercus robur). Η μέση πυκνό ητα τ της ξυλείας των ειδών πο υ χρησιμοποιήθηκαν ήταν 630 kg/m 3 (τ.α. 51,15), 485 kg/m 3 (τ.α 42,03), 680 kg/m 3 (τ.α. 48,38) ενώ η μέση υγρασία τους ήταν 8,8 % (τ.α. 0,46), 8,7 % (τ.α. 0,90), 9,7 % (τ.α. 1,54) αντίστοιχα. Η μέση πυκνότητα και υγρασία της ξυλείας υπολογίστηκε από δέκα δείγματα. Για την συγκόλληση χρησιμοποιήθηκαν οι συγκολλητικές ουσίες οξικός πολυβυνιλεστέρας PVAc και κόλλα καζεΐνης αμφότερες κατηγορίας D3. Η PVAc ήταν τύπου D100 της εταιρίας DUROSTICK και παρασκευάστηκε τον Σεπτέμβριο του 2009, ενώ χρησιμοποιήθηκε η συσκευασία των 500 g της ο πο ας ί η τιμή υπο λο ίζεται γ στα 5 Euro. Σύμφωνα με τα τεχνικά χαρακτηριστικά, η PVAc είχε pη 2,5-3,5, η πυκνότητά της ήταν 1,00 ± 0,10 Kg/L και το ιξώδες της κυμαινόταν από mpa*s. O δεύτερος τύπος συγκολλητικής ουσίας που χρησιμοποιήθηκε ήταν κόλλα καζεΐνης (AURO) κατηγορίας D3. Η κόλλα αυτή προμηθεύτηκε σε μορφή σκόνης και η συσκευασία ήταν του ενός κιλού ενώ η τιμή της υπολογίζεται στα 26 Εuro. Τα συστατικά της κόλλας καζεΐνης είναι: καζεΐνη γάλακτος, υδράσβεστος, ανθρακικό κάλιο, κιμωλία, βορικά άλατα, ανθρακικά, πυριτικά, και καζεϊνικά άλατα. Ο χρόνος σκλήρυνσής της υπολογίζεται στις 24 ώρες περίπου ενώ η ιδανική θερμοκρασία σύμφωνα με την οποία η κόλλα συμπεριφέρεται ικανοποιητικά είναι 18 º C - 22 ºC. Η αναλογία μείξης της κόλλας είναι (1:1), που σημαίνει ότι 1kg σκόνης αναμιγνύεται με 1 λίτρο νερού δίνοντας 2 kg έτοιμης κόλλας. Για την παρασκευή της κόλλας προσθέτεται βαθμιαία η σκόνη μέσα στο νερό και αναμειγνύεται αποφεύγοντας την δημιουργία σβώλων. Το μίγμα αφήνεται για 15 λεπτά περίπου και στην συνέχεια αναμειγνύεται και πάλι έτσι ώστε να δημιουργηθεί ένα ομοιογενές μίγμα. Πριν την επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας απαιτείται σχολαστική καθαριότητα της επιφάνειας των 51

52 πριστών, τα οποία πρόκειται να συγκολληθούν, με απομάκρυνση της σκόνης και άλλων υλικών που μπορεί να επικάθονται σε αυτή Κατασκευή δοκιμίων Κατασκευή δοκιμίων αντοχής σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση Από την πριστή ξυλεία που χρησιμοποιήθηκε δημιουργήθηκαν πλάκες πάχους 2 cm, πλάτους 11,5 cm και μήκους 42 cm. Οι πλάκες αυτές αφού πλανήθηκαν και λειάνθηκαν ελαφρώς με γυαλόχαρτο No 220 ήταν έτοιμες προς συγκόλληση. Η επάλειψη της κόλλας πραγματοποιήθηκε σε μία εκ των δύο πλακών για τον μισό αριθμό δοκιμίων ενώ στα υπόλοιπα δοκίμια η επάλειψη πραγματοποιήθηκε και στις δύο πλάκες. Εφόσον τοποθετήθηκε η συγκολλητική ουσία στη μια ή και στις δύο επιφάνειες, κατά περίπτωση, χρησιμοποιώντας μία ειδική << χτένα >> όπως φαίνεται και από την εικόνα 1 τοποθετήθηκε η πρώτη πλάκα κατά μήκος της δεύτερης και το αρχικό δοκίμιο ήταν έτοιμο να τοποθετηθεί στην πρέσα εφαρμόζοντας πίεση 0,9 N/mm 2 ή 0.9 Mpa για 3 ώρες. Πριν την διαμόρφωση των τελικών δοκιμίων, οι συγκολλημένες πλάκες κλιματίστηκαν για επτά ημέρες έως ότου ολοκληρωθεί η σκλήρυνση της συγκολλητικής ουσίας. Η ποσότητα της κόλλας που εφαρμόστηκε στις επιφάνειες υπολογίστηκε ζυγίζοντας την κάθε πλάκα ξεχωριστά πριν και αμέσως μετά την επάλειψή της και σύμφωνα με τις μετρήσεις η ποσότητα της κόλλας που εφαρμόστηκε σε κάθε επιφάνεια ήταν 13 ± 1 g που αντιστοιχεί σε 129,15 g/m 2. 52

53 Εικόνα 1. Επάλειψη συγκολλητικής ουσίας Μορφή τελικών δοκιμίων Τα τελικά δοκίμια κατασκευάστηκαν σύμφωνα με το διεθνές πρότυπο ISO 6238:2001 και η τελική τους μορφή απεικονίζεται στο σχήμα 5. Το συνολικό μήκος των δοκιμίων σύμφωνα με το πρότυπο ορίζεται 50 mm, το πλάτος 40 mm ενώ το πάχος ορίζεται 40 mm εφόσον η κάθε πλάκα ξεχωριστά είχε πάχος 20 mm. Η συγκολλημένη επιφάνεια είχε μήκος 40 mm, ενώ οι δύο άκρες του δοκιμίου έμειναν ακάλυπτες έχοντας μήκος 5 mm έκαστη. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν τρείς: α) τα είδη ξύλου β) ο τύπος συγκολλητικής ουσίας και γ) ο τρόπος επάλειψης. Οι παράμετροι συνδυάστηκαν μεταξύ τους και για κάθε συνδυασμό πραγματοποιήθηκαν 15 επαναλήψεις. Ο συνολικός αριθμός των δοκιμίων που μελετήθηκαν ήταν 180. Επιπλέον κατασκευάστηκαν 7 δοκίμια συμπαγούς ξύλου ως μάρτυρες. Τα δοκίμια κλιματίστηκαν πριν την διεξαγωγή του πειράματος για επτά ημέρες σε θερμοκρασία 20 ºC και σχετική υγρασία 65 %. 53

54 Σχήμα 5. Μορφή δοκιμίου ISO 6238:2001 Όπως φαίνεται στις εικόνες 2a,b και στο σχήμα 6, τα δοκίμια τοποθετήθηκαν στην μηχανή αντοχής και εφαρμόστηκε πίεση με ταχύτητα 8 mm/min έως ότου σπάσει το δοκίμιο. Η δύναμη που αναγραφόταν στην μηχανή αντοχής την στιγμή που το δοκίμιο έσπαγε υπολογίστηκε σε kilopond. Για τον υπολογισμό της αντοχής έγινε μετατροπή των kiloponds σε Newton (1Kp = Ν). Τέλος το μέτρο θραύσης Τ υπολογίστηκε σύμφωνα με τον παρακάτω τύπο : Τ = F max = A F max l * b Όπου Fmax: η μέγιστη δύναμη σε Newton A: η συγκολλημένη περιοχή σε mm 2 l: το μήκος της συγκολλημένης περιοχής σε mm b: το πλάτος της συγκολλημένης περιοχής σε mm 54

55 Επιπλέον καταγράφηκε το ποσοστό θραύσης του ξύλου, φωτίζοντας το κατεστραμμένο δοκίμιο και καταγράφοντας το ποσοστό κόλλας που έχει παραμείνει στην επιφάνεια του ξύλου. Εικόνα 2a. Το δοκίμιο τοποθετημένο στην μηχανή αντοχής 55

56 Εικόνα 2b. Το δοκίμιο τοποθετημένο στην μηχανή αντοχής Κατασκευή δοκιμίων αντοχής σε διάτμηση με εφελκυσμό Από την πριστή ξυλεία που χρησιμοποιήθηκε δημιουργήθηκαν πλάκες πάχους 1 cm, πλάτους 12,5 cm και μήκους 34 cm. Οι πλάκες αυτές αφού πλανήθηκαν και λειάνθηκαν ελαφρώς με γυαλόχαρτο No 220 ήταν έτοιμες προς συγκόλληση. Η επάλειψη της κόλλας πραγματοποιήθηκε σε μία εκ των δύο πλακών για τον μισό αριθμό δοκιμίων ενώ στα υπόλοιπα δοκίμια η επάλειψη πραγματοποιήθηκε και στις δύο πλάκες. Εφόσοντοποθετήθηκε η συγκολητική ουσία στην μία ή και στις δύο επιφάνειες, κατά περίπτωση, χρησιμοποιώντας μία ειδική << χτένα >> όπως φαίνεται και από την εικόνα 1 τοποθετήθηκε η πρώτη πλάκα κατά μήκος της 56

57 δεύτερης και το αρχικό δοκίμιο ήταν έτοιμο να τοποθετηθεί στην πρέσα εφαρμόζοντας πίεση 0,9 N/mm 2 ή 0.9 Mpa για 3 ώρες. 1967) Σχήμα 6. Δοκίμιο τοποθετημένο στην μηχανή αντοχής (Houwink, Πριν την διαμόρφωση των τελικών δοκιμίων, οι συγκολλημένες πλάκες κλιματίστηκαν για επτά ημέρες έως ότου ολοκληρωθεί η σκλήρυνση της συγκολλητικής ουσίας. Η ποσότητα της κόλλας που εφαρμόστηκε στις 57

58 επιφάνειες υπολογίστηκε ζυγίζοντας την κάθε πλάκα ξεχωριστά πριν και αμέσως μετά την επάλειψή της και σύμφωνα με τις μετρήσεις η ποσότητα της κόλλας που εφαρμόστηκε σε κάθε επιφάνεια ήταν 13 ± 1 g που αντιστοιχεί σε 305,88 g/m Μορφή τελικών δοκιμίων Ο δεύτερος τύπος δοκιμίων κατασκευάστηκε σύμφωνα με το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 205:2003 και η μορφή του απεικονίζεται στο σχήμα 7. Το συνολικό μήκος των δοκιμίων ορίζεται στα 150 mm, το πλάτος στα 20 mm ενώ το συνολικό πάχος στα 10 mm εφόσον η κάθε πλάκα ξεχωριστά έχει πάχος 5 mm. Η συγκολλημένη επιφάνεια στην οποία ασκήθηκε η φόρτιση είχε μήκος 10mm. Ο συνολικός αριθμός των δοκιμίων που μελετήθηκαν ήταν 168 ενώ κατασκευάστηκαν και 7 δοκίμια συμπαγούς ξύλου ως μάρτυρες. Τα 84 από τα 168 δοκίμια απλά κλιματίστηκαν για επτά ημέρες σε θερμοκρασία 20 º C και σχετική υγρασία 65 %. Τα υπόλοιπα δοκίμια μετά τον κλιματισμό τους για 7 ημέρες εμβαπτίστηκαν για τρείς ώρες σε νερό θερμοκρασίας 20 º C και στην συνέχεια παρέμειναν για επτά ημέρες σε κανονικές συνθήκες σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ 204:

59 Σχήμα 7. Μορφή δοκιμίου ΕΝ 205:

60 Σχήμα 8. Το δοκίμιο τοποθετημένο στους ειδικούς σφικτήρες Το δοκίμιο τοποθετήθηκε στους ειδικούς υποδοχείς (λαβές) της μηχανής αντοχής, οι οποίοι το συγκρατούσαν σταθερό όπως φαίνεται στο σχήμα 8. Έπειτα ασκήθηκε δύναμη και στις δυο άκρες του δοκιμίου με ταχύτητα 5 mm/min έως ότου αποκολλήθηκαν οι συγκολλημένες επιφάνειες καταγράφοντας την δύναμη, την στιγμή που έσπαγε το δοκίμιο. Επίσης καταγράφηκε το ποσοστό αποκόλλησης των δοκιμίων για κάθε επανάληψη. Η δύναμη την στιγμή της αποκόλλησης καταγράφηκε από την μηχανή αντοχής σε N ενώ για τον καθορισμό του ποσοστού της αποκόλλησης απαιτήθηκε έντονος φωτισμός έτσι ώστε να διακρίνεται το ποσοστό κόλλας που έχει παραμείνει στην επιφάνεια του ξύλου. Η τιμή της φόρτισης υπολογίζεται με τον παρακάτω τύπο: Τ= F max = A F max l * b 60

61 Όπου Fmax: η μέγιστη δύναμη σε Newton A: η συγκολλημένη περιοχή σε mm 2 l: το μήκος της συγκολλημένης περιοχής σε mm b: το πλάτος της συγκολημένης περιοχής σε mm 4.2. Στατιστική ανάλυση αποτελεσμάτων Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε με την βοήθεια στατιστικού προγράμματος, SPSS (PASW, 18) και συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκε ANOVA (Analysis of variances) για την σύγκριση των μέσων όρων. Επίσης έγινε επεξεργασία των στοιχείων για την περιγραφή και ομοιογένεια των αποτελεσμάτων με την μέθοδο Bonfferoni και Τamhane με επίπεδο σημαντικότητας (significant level: 0.05). 61

62 5. Αποτελέσματα - Συζήτηση 5.1. Αντοχή σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση Τα αποτελέσματα των μετρήσεων για την αντοχή σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση των συγκολλημένων δοκιμίων των τριών ειδών ξύλου εφαρμόζοντας συγκολλητικές ουσίες PVAc και καζεΐνη στην μία ή και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες καθώς και τα μέσα μέτρα θραύσης συμπαγούς, μη συγκολλημένου ξύλου των ειδών αυτών δίνονται συνολικά στον πίνακα 2. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα το μέσο μέτρο θραύσης των τριών ειδών ξύλου που χρησιμοποιήθηκαν, κυμάνθηκε από N/mm² (στα δοκίμια ξύλου φλαμουριάς συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία προςσυγκόλληση επιφάνεια) έως και 21,05 N/mm² (στα δοκίμια ξύλου οξιάς συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες). Επιπλέον διαπιστώνεται ότι τα μεγαλύτερα μέσα μέτρα θραύσης έδωσε το ξύλο οξιάς ενώ η φλαμουριά έδωσε τις χαμηλότερες τιμές και στα συγκολλημένα δοκίμια αλλά και στα δοκίμια συμπαγούς ξύλου. Από την στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων (πίνακας 3, 4) διαπιστώνεται πως τα μέσα μέτρα θραύσης των συγκολλημένων δοκιμίων δεν διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά με τα μέσα μέτρα θραύσης των δοκιμίων συμπαγούς ξύλου. Πίνακας 2. Αντοχή σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση ISO 6238 Μέτρο θραύσης Ν/mm 2 Είδος ξύλου PVAc ΚΑΖΕΙΝΗ ΜΑΣΙΦ Οξιά 19.98* , * Φλαμουριά ,23 14, , Δρυς ,39 16, , * Οι τιμές αποδίδουν τους μέσους όρους και τις τυπικές αποκλίσεις των 15 δοκιμαστικών δοκιμίων και των 7 δοκιμίων μασίφ. 62

63 Πίνακας 3. Στατιστική ανάλυση στατιστικώς σημαντικές διαφορές των μέσων όρων Ο- Ο- Φ- Φ- Δ- Δ- Φ- Φ- Δ- Δ- Ο- Φ- Δ- Ο-Κ1Ο-Κ2 Ρ1 Ρ2 P1 P2 P1 P2 Κ1 Κ2 Κ1 Κ2 Μ Μ Μ Ο-Ρ1 * * * * * * * Ο-Ρ2 * * * * * * * * * Φ-P1 * * * * * * * * Φ-P2 * * * * * * * * Δ-P1 * * * * * Δ-P2 * * * * Ο- Κ1 * * * * * Ο- Κ2 * * * * * * * Φ- Κ1 * * * * * * * * Φ- Κ2 * * * * * * Δ-Κ1 * * * * * * Δ-Κ2 * * * * * * Ο-Μ * * * * * * Φ-Μ * * * * * * * * * Δ-Μ * * * * * * Όπου: Ο = οξιά, Φ = φλαμουριά, Δ = δρυς, Μ = συμπαγές ξύλο, Ρ = PVAc, K = καζεΐνη, 1 = επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας στην μία μόνο επιφάνεια, 2 = επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες * = Διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά Πίνακας 4. Ανάλυση διασποράς με έναν παράγοντα των αποτελεσμάτων της αντοχής σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση Άθροισμα Βαθμοί Μέσο F-λόγος Σημαντικότητα τετραγώνων ελευθερίας τετράγωνο Between groups Within groups Total

64 Επίδραση του τύπου της συγκολλητικής ουσίας Σύμφωνα με τα αποτελέσματα (πίνακας 2) φαίνεται ότι τα μέσα μέτρα θραύσης επηρεάστηκαν από τον τύπο της συγκολλητικής ουσίας. Τα δοκίμια ξύλου οξιάς συγκολλημένα με ΡVAc έδωσαν υψηλότερα μέτρα θραύσης σε σύγκριση με τα δοκίμια οξιάς συγκολλημένα με κόλλα καζεΐνης όπως φαίνεται και στο σχήμα 9 και 10 με διαφορά από 1,03 έως 2,2 N/mm². Επίσης διαπιστώνεται ότι τα συγκολλημένα δοκίμια οξιάς κατέγραψαν υψηλότερα μέτρα θραύσης από αυτά του συμπαγούς ξύλου εκτός από τα μονόπλευρα συγκολλημένα με καζεΐνη δοκίμια τα οποία παρουσίασαν μείωση κατά 2,15 N/mm². Τα δοκίμια ξύλου φλαμουριάς συγκολλημένα με PVAc στην μια μόνο επιφάνεια έδωσαν μεγαλύτερα μέτρα θραύσης σε σύγκριση με την κόλλα καζεΐνης Στα δοκίμια φλαμουριάς επαλειμμένα και στις δύο επιφάνειες καταγράφηκαν μεγαλύτερα μέτρα θραύσης στα δοκίμια συγκολλημένα με καζεΐνη. Στα συγκολλημένα δοκίμια του ξύλου της δρυός συγκολλημένα με PVAc, μεγαλύτερα μέτρα θραύσης έδωσαν τα δοκίμια τα οποία ήταν επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία μόνο προς συγκόλληση επιφάνεια. Στα δοκίμια συγκολλημένα με καζεΐνη όμως μεγαλύτερα μέτρα θραύσης έδωσαν τα δοκίμια τα οποία ήταν επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες. Το συμπαγές ξύλο της δρυός εμφάνισε μεγαλύτερη αντοχή σε σύγκριση με τους δύο τύπους συγκολλημένων δοκιμίων με διαφορά που κυμάνθηκε από 0,65 N/mm² έως και 3,5 N/mm² κάτι που δεν παρατηρήθηκε στα δοκίμια της οξιάς και φλαμουριάς. Σύμφωνα με την στατιστική ανάλυση τα αποτελέσματα που έδωσαν οι δύο τύποι συγκολλητικής ουσίας δε διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά σε κανένα από τα τρία είδη ξύλου. 64

65 οξιά φλαμουριά δρυς ΡVA1 PVA2 ΚΑΖ1 ΚΑΖ2 ΜΑΣΙΦ Σχήμα 9. Σύγκριση μέτρων θραύσης των τριών ειδών ξύλου για κάθε κόλλα και διαφορετικό χειρισμό της συγκολλητικής ουσίας (ISO:6238) 25 ΡVA1 PVA2 ΚΑΖ1 ΚΑΖ2 ΜΑΣΙΦ οξιά φλαμουριά δρυς Σχήμα 10. Σύγκριση μέτρων θραύσης της κάθε κόλλας σε κάθε ένα από τα τρία είδη ξύλου (ISO:6238) 65

66 Επίδραση μονής ή διπλής επαλειμμένης με συγκολλητική ουσία επιφάνειας Όπως παρατηρείται από τα αποτελέσματα (πίνακας 1) τα μέσα μέτρα θραύσης επηρεάζονται και από την επιλογή επάλειψης της συγκολλητικής ουσίας μιας εκ των δύο ή και των δύο προς συγκόλληση επιφανειών του δοκιμίου. Παρατηρείται ότι τα δοκίμια που επαλείφθηκαν και στις δύο πλευρές με PVAc έδωσαν μεγαλύτερα μέτρα θραύσης σε σχέση με αυτά που επαλείφθηκαν από την μία πλευρά μόνο για τα ξύλα οξιάς και φλαμουριάς και διαφέρουν κατά 0,07 N/mm² και 0,23 N/mm² αντίστοιχα. Αντίθετα τα δοκίμια της δρυός παρουσίασαν μία μείωση των μέτρων θραύσεων κατά 0,82 N/mm². Στα δοκίμια που επαλείφθηκαν και στις δύο επιφάνειες με κόλλα καζεΐνης παρατηρείται αύξηση των μέτρων θραύσης σε σχέση με τα δοκίμια επαλειμμένα στην μία πλευρά και στα τρία είδη ξύλου οξιά, φλαμουριά και δρυς με διαφορά κατά 2,24 N/mm², 1,25 N/mm² και 2,85 N/mm² αντίστοιχα. Τέλος θα πρέπει να αναφερθεί ότι η υψηλότερη τιμή μέσου μέτρου θραύσης καταγράφηκε στα δοκίμια οξιάς επαλειμμένα με PVAc και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες και φτάνει τα 21,05 N/mm². Αντιθέτως η μικρότερη τιμή παρατηρήθηκε στα δοκίμια φλαμουριάς επαλειμμένα με κόλλα καζεΐνης στην μία επιφάνεια και φτάνει τα 14,90 N/mm². Από την στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων διαπιστώνεται ότι τα μέσα μέτρα θραύσης των δοκιμίων επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στη μια μόνο επιφάνεια δεν διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά με τα μέσα μέτρα θραύσης των δοκιμίων επαλειμμένων και στις δύο προ ςσυγκό ληση επιφάνειες εκτός από τη περίπτωση των δοκιμίων τουξύλουτης δρυός συγκολλημένα με καζεΐνη των οποίων τα μέσα μέτρα θραύσης των δύο τύπων επάλειψης, διέφεραν στατιστικώς σημαντικά Κατεστραμμένο ξύλο Ποσοστό θραύσης Οι μέσοι όροι και οι τυπικές αποκλίσεις των ποσοστών θραύσης του ξύλου για κάθε κατηγορία συγκολλημένων δοκιμίων δίνονται στον πίνακα 5 ενώ στις 66

67 εικόνες 3 έως και 21 φαίνεται η μορφή των δοκιμίων μετά την θραύση τους. Οι μέσες τιμές των ποσοστών θραύσης κυμάνθηκαν από 12,85 % το χαμηλότερο (στα δοκίμια ξύλου οξιάς συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες) έως 99,28 % το υψηλότερο (στα δοκίμια φλαμουριάς συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία προς συγκόλληση επιφάνεια). Ειδικότερα από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι στα δοκίμια ξύλου οξιάς συγκολλημένα με PVAc είχαμε πολύ καλή ποιότητα συγκόλλησης εφόσον το μέσο ποσοστό θραύσης στην περιοχή του ξύλου ήταν 85 % για τα δοκίμια με επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας και στις δύο επιφάνειες και 94,28 % για τα δοκίμια με επάλειψη μόνο στην μία επιφάνεια. Τα ποσοστά αυτά αποδεικνύουν ότι η ποιότητα συγκόλλησης ήταν πολύ καλή. Από την άλλη πλευρά η κόλλα καζεΐνης δεν αποδείχθηκε το ίδιο ικανοποιητική αφού τα ποσοστά θραύσης ήταν 12,85 % για τα δοκίμια με επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες παρόλο που η μέση αντοχή θραύσης αυτών των συγκολλημένων δοκιμίων ήταν πολύ καλή και μάλιστα ελαφρώς υψηλότερη από την τιμή θραύσης του συμπαγούς ξύλου. Για τα δοκίμια με επάλειψη στην μία μόνο επιφάνεια η μέση τιμή ποσοστού θραύσης ήταν 54,64 %. Στα δοκίμια ξύλου φλαμουριάς συγκολλημένα με PVAc παρατηρείται επίσης πολύ καλή ποιότητα συγκόλλησης και το ποσοστό θραύσης ήταν 99,28 %. Τα μέτρα θραύσης των δοκιμίων αυτών κυμάνθηκαν σε χαμηλότερες τιμές σε σχέση με αυτά των δοκίμια οξιάς και φλαμουριάς, παρόλο αυτά το ποσοστό θραύσης εμφανίζεται υψηλότερο κάτι στο οποίο μπορεί να οφείλεται η χαμηλή σχετικά πυκνότητα του συγκεκριμένου ξύλου. Τα ποσοστά θραύσης των δοκιμίων συγκολλημένων με κόλλα καζεΐνης παρόλο που ήταν μικρότερα από αυτά που συγκολλήθηκαν με PVAc, ήταν υψηλότερα από τα αντίστοιχα του ξύλου οξιάς και δρυός και κυμάνθηκαν σε υψηλά επίπεδα (68,57 % και 80,71 %) θεωρώντας και πάλι υπεύθυνη την πυκνότητα του ξύλου. 67

68 Πίνακας 5. Ποσοστό αποκόλλησης αντοχής σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση ISO 6238 Ποσοστό θραύσης Είδος ξύλου PVAc ΚΑΖΕΙΝΗ Οξιά 94.28%* 85% 54.64% 12.85% 12.98* Φλαμουριά 99.28% 99.28% 68.57% 80.71% Δρυς 66.42% 88.21% 20% 55.71% * Οι τιμές αποδίδουν τους μέσους όρους και τις τυπικές αποκλίσεις των 15 δοκιμαστικών δοκιμίων Το ξύλο της δρυός έδωσε γενικώς χαμηλότερα ποσοστά θραύσης στην περιοχή του ξύλου σε σύγκριση με την οξιά και φλαμουριά. Τα δοκίμια της δρυός συγκολλημένα με PVAc έδωσαν μεγαλύτερα ποσοστά θραύσης στην περιοχή του ξύλου (66,42 % και 88,21 %) σε σχέση με τα δοκίμια της δρυός συγκολλημένα με κόλλα καζεΐνης (20 % έως 55,71 %). Επίσης διαπιστώνεται ότι επειδή τα μέτρα θραύσης των συγκολλημένων δοκιμίων της δρυός ήταν χαμηλότερα σε σχέση με αυτά των δοκιμίων συμπαγούς ξύλου χωρίς όμως να διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά εκτός από τα δοκίμια συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία μόνο επιφάνεια, η ποιότητα συγκόλλησης των τελευταίων δοκιμίων δεν θεωρήθηκε ικανοποιητική. Τέλος συγκρίνοντας τα ποσοστά κατεστραμμένου ξύλου και για τα δοκίμια επαλειμμένα στη μια επιφάνεια αλλά και για τα επαλειμμένα και στις δύο πλευρές παρατηρείται ότι τα μεγαλύτερα ποσοστά εμφανίζονται στα δοκίμια διπλής επάλειψης με εξαίρεση το ξύλο ο ξιάς και στο υς δύο τύπο υς συγκολλητικής ουσίας. 68

69 5.2. Αντοχή σε διάτμηση με εφελκυσμό Τα αποτελέσματα των μετρήσεων για την αντοχή σε διάτμηση με εφελκυσμό των συγκολλημένων δοκιμίων των τριών ειδών ξύλου εφαρμόζοντας συγκολλητικές ουσίες PVAc και καζεΐνη στην μία ή και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες καθώς και τα μέσα μέτρα θραύσης συμπαγούς, μη συγκολλημένου ξύλου των ειδών αυτών δίνονται συνολικά στον πίνακα 6. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα το μέσο μέτρο θραύσης των τριών ειδών ξύλου που χρησιμοποιήθηκαν κυμάνθηκε από 7,93 Ν/mm 2 (στα δοκίμια του ξύλου της δρυός συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία προς συγκόλληση επιφάνεια) έως 15,79 Ν/mm 2 (στα δοκίμια του ξύλου της οξιάς συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες) Από την στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων (πίνακας 8) διαπιστώνεται πως τα μέσα μέτρα θραύσης των συγκολλημένων δοκιμίων διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά με τα μέτρα θραύσης των δοκιμίων συμπαγούς ξύλου στις περιπτώσεις α) των δοκιμίων της δρυός συγκολλημένων με PVAc και επαλειμμένα και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες, β) των δοκιμίων οξιάς συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στη μια μόνο επιφάνεια, γ) των δοκιμίων φλαμουριάς συγκολλημένα με καζεΐνη και για τις δύο περιπτώσεις μονής η διπλής επαλειμμένης με συγκολλητική ουσία επιφάνειες, δ) των δοκιμίων φλαμουριάς εμβαπτισμένα σε νερό, συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα στη μια μόνο επιφάνεια καθώς επίσης συγκολλημένα με καζεΐνη και στις δύο περιπτώσεις μονής ή διπλής επαλειμμένης επιφάνειας και ε) των δοκιμίων της δρυός εμβαπτισμένα σε νερό, συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στη μια μόνο επιφάνεια. Επιπλέον διαπιστώνεται ότι η φλαμουριά έδωσε τα μικρότερα μέσα μέτρα θραύσης και στα συγκολλημένα δοκίμια αλλά και στα δοκίμια συμπαγούς ξύλου. 69

70 Πίνακας 6. Αντοχή σε διάτμηση με εφελκυσμό (ΕΝ 205) Είδος ξύλου Οξιά Φλαμουριά Δρυς Είδος ξύλου Δοκίμια κλιματισμένα 7 μέρες Μέτρο θραύσης Ν/mm 2 PVAc ΚΑΖΕΙΝΗ ΜΑΣΙΦ ,83* 15,79 11,31 12,67 15,13 2,25* 0,63 1,11 1,78 1,40 12,45 13,71 10,61 10,39 11,54 1,46 15,01 2,24 1,20 0,81 1,04 2,25 15,44 7,93 13,42 15,17 1,92 0,93 2,48 2,23 Δοκίμια με εμβάπτιση 3 ώρες σε νερό Μέτρο θραύσης PVAc ΚΑΖΕΙΝΗ ΜΑΣΙΦ ,30 14,79 12,37 13,26 15,13 Οξιά 3,12 1,05 2,41 3,04 1,40 9,88 11,86 9,34 11,24 11,54 Φλαμουριά 1,14 1,47 1,34 1,18 2,25 15,43 14,41 9,82 13,45 15,17 Δρυς 1,03 1,56 0,92 1,34 2,23 * Οι τιμές αποδίδουν τους μέσους όρους και τις τυπικές αποκλίσεις των 7 δοκιμαστικών δοκιμίων Επίδραση του τύπου συγκολλητικής ουσίας Σύμφωνα με τα αποτελέσματα (πίνακας 6) φαίνεται ότι τα μέσα μέτρα θραύσης επηρεάστηκαν από τον τύπο της συγκολλητικής ουσίας. Σε όλες τις περιπτώσεις η χρήση της συγκολλητικής ουσίας PVAc έδωσε καλύτερες τιμές από ότι η χρήση της συγκολλητικής ουσίας καζεΐνης όπως φαίνεται στο σχήμα 11 και 12. Συγκεκριμένα τα δοκίμια ξύλουοξιάς συγκολημένα με PVAc έδωσαν υψηλότερα μέτρα θραύσης σε σύγκριση με τα δοκίμια οξιάς συγκολλημένα με κόλλα καζεΐνης με διαφορά από 2,52 Ν/mm 2 έως 3,12 Ν/mm 2. 70

71 Τα δοκίμια ξύλου φλαμουριάς συγκολλημένα με PVAc έδωσαν μεγαλύτερα μέτρα θραύσης σε σύγκριση με τα δοκίμια συγκολλημένα με κόλλα καζεΐνης με διαφορά που κυμάνθηκε από 1,84 Ν/mm 2 έως 3,32 Ν/mm 2. Τα δοκίμια της δρυός συγκολλημένα με PVAc έδωσαν μεγαλύτερα μέτρα θραύσης σε σύγκριση με τα δοκίμια συγκολλημένα με κόλλα καζεΐνης με διαφορά που κυμάνθηκε από 2,02 Ν/mm 2 έως 7,08 Ν/mm 2. Από την στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων διαπιστώνεται πως τα μέτρα θραύσης των δοκιμίων συγκολλημένα με PVAc δεν διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά με τα μέτρα θραύσης των δοκιμίων συγκολλημένα με καζεΐνη εκτός από τα δοκίμια της δρυός επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία μόνο επιφάνεια και στα δοκίμια της δρυός εμβαπτισμένα σε νερό. οξιά φλαμουριά δρυς ΡVA1 PVA2 ΚΑΖ1 ΚΑΖ2 ΜΑΣΙΦ Σχήμα 11. Σύγκριση μέτρων θραύσης των τριών ειδών ξύλου για κάθε κόλλα και διαφορετικό χειρισμό της συγκολλητικής ουσίας (EN:205) 71

72 ΡVA1 PVA2 ΚΑΖ1 ΚΑΖ2 ΜΑΣΙΦ οξιά φλαμουριά δρυς Σχήμα 12. Σύγκριση μέτρων θραύσης της κάθε κόλλας σε κάθε ένα από τα τρία είδη ξύλου (EN:205) Επίδραση μονής η διπλής επαλειμμένης με συγκολλητική ουσία επιφάνειας Σύμφωνα με τα αποτελέσματα παρατηρείται ότι τα μέσα μέτρα θραύσης των δοκιμίων επηρεάζονται από την επιλογή επάλειψης της συγκολλητικής ουσίας μιας εκ των δύο ή και των δύο προς συγκόλληση επιφανειών. Τα δοκίμια και των τριών ειδών ξύλουπουεπαλείφθηκαν και στις δύο επιφάνειες με συγκολλητική ουσία PVAc και καζεΐνη έδωσαν μεγαλύτερα μέτρα θραύσης σε σχέση με αυτά που επαλείφθηκαν στην μία μόνο επιφάνεια ενώ από την στατιστική ανάλυση διαπιστώνεται πως τα μέτρα θραύσης δεν διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά εκτός από τις περιπτώσεις α) των δοκιμίων της δρυός συγκολλημένα με καζεΐνη και για τα απλώς κλιματισμένα δοκίμια άλλα και για τα εμβαπτισμένα σε νερό και β) των δοκιμίων φλαμουριάς εμβαπτισμένα σε νερό και συγκολλημένα με PVAc. 72

73 Επίδραση εμβάπτισης δοκιμίων σε νερό στην συγκολλητική ουσία Σύμφωνα με τα αποτελέσματα (Πίνακας 6) και όπως φαίνεται στο σχήμα 15 δεν παρατηρήθηκαν μεγάλες διαφορές στα μέσα μέτρα θραύσης μετά την εμβάπτιση των δοκιμίων σε νερό ενώ μάλιστα σε κάποιες περιπτώσεις παρατηρήθηκε τάση μικρής αύξησης της αντοχής. Στα δοκίμια της οξιάς παρατηρήθηκε μία σχετική αύξηση των μέσων μέτρων θραύσης εκτός από την περίπτωση των δοκιμίων συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες. Τάση μείωσης των μέτρων θραύσης παρατηρήθηκε στα δοκίμια φλαμουριάς εκτός από τα δοκίμια συγκολλημένα με καζεΐνη, επαλειμμένα και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες. Τέλος στα δοκίμια της δρυός τάση αύξησης σημειώθηκε στην περίπτωση των δοκιμίων συγκολλημένα με PVAc και καζεΐνη επαλειμμένα στην μία μόνο επιφάνεια ενώ τάση μείωσης παρατηρήθηκε στα δοκίμια συγκολλημένα με PVAc, επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες. Στα σχήματα 13 και 14 φαίνονται τα μέτρα θραύσης των δοκιμίων των τριών ειδών ξύλου, εμβαπτισμένων σε νερό. Σύμφωνα με την στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων (πίνακας 7, 8) διαπιστώνεται πως τα μέσα μέτρα θραύσης των δοκιμίων τα οποία απλώς κλιματίστηκαν δεν διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά με τα μέτρα θραύσης των δοκιμίων τα οποία εμβαπτίστηκαν σε νερό. 73

74 οξιά φλαμουριά δρυς ΡVA1Ν PVA2Ν ΚΑΖ1Ν ΚΑΖ2Ν ΜΑΣΙΦ Σχήμα 13. Σύγκριση μέτρων θραύσης των τριών ειδών ξύλου, εμβαπτισμένων σε νερό δοκιμίων (EN:205) ΡVA1Ν PVA2Ν ΚΑΖ1Ν ΚΑΖ2Ν ΜΑΣΙΦ οξιά φλαμουριά δρυς Σχήμα 14. Σύγκριση μέτρων θραύσης της κάθε κόλλας για τα εμβαπτισμένα σε νερό δοκίμια (EN:205) 74

75 Πίνακας 7. Ανάλυση διασποράς με έναν παράγοντα, των αποτελεσμάτων της αντοχής σε διάτμηση με εφελκυσμό Άθροισμα Βαθμοί Μέσο F-λόγος Σημαντικότητα τετραγώνων ελευθερίας τετράγωνο Between 855, ,903 10, groups Within 488, ,017 groups Total 1344,

76 Πίνακας 8. Στατιστική ανάλυση στατιστικώς σημαντικές διαφορές των μέσων όρων Α/Α OP1 OP2 ΦΡΙ ΦΡ2 ΔΡ1 ΔΡ2 ΟΚ1 ΟΚ2 ΦΚ1 ΦΚ2 ΔΚ1 ΔΚ2 ΝΟΡ1 ΝΟΡ2 ΝΦΡ1 ΝΦΡ2 ΝΔΡ1 ΝΔΡ2 ΝΟΚ1 ΝΟΚ2 ΝΦΚ1 ΝΦΚ2 ΝΔΚ1 ΝΔΚ2 ΟΜ ΔΜ ΦΜ OP1 OP2 * * * * * * * * * * ΦΡΙ * ΦΡ2 * * * * ΔΡ1 * * * * * * * * ΔΡ2 * * * * * * * * * * ΟΚ1 * * * * * * ΟΚ2 * ΦΚ1 * * * * * * * * * ΦΚ2 * * * * * * * * * ΔΚ1 * * * * * * * * * * * * * * * * * ΔΚ2 * * ΝΟΡ1 * * * * * * ΝΟΡ2 * * * * * * ΝΦΡ1 * * * * * * * * * * ΝΦΡ2 * * * ΝΔΡ1 * * * * * * * * * ΝΔΡ2 * * * * * * ΝΟΚ1 * ΝΟΚ2 * * ΝΦΚ1 * * * * * * * * * * * * * ΝΦΚ2 * * * * * * ΝΔΚ1 * * * * * * * * * * * ΝΔΚ2 * * * * ΟΜ * * * * * * * * ΔΜ * * * * ΦΜ * * * * * * * * * Όπου: Ο= οξιά, Φ= φλαμουριά, Δ= δρυς, Μ= συμπαγές ξύλο, Ρ= PVAc, K= καζεΐνη, 1= επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας στην μία μόνο επιφάνεια, 2= επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες, Ν= Δοκίμια εμβαπτισμένα σε νερό, * = Διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά 76

77 PVA 1 PVA 1N PVA 2 PVA 2N KAZEINH 1 KAZEINH 1N KAZEINH 2 KAZEINH 2N MAΣΙΦ οξιά φλαμουριά δρυς Σχήμα 15. Σύγκριση μέτρων θραύσης των δοκιμίων εμβαπτισμένων σε νερό και των απλώς κλιματισμένων δοκιμίων 77

78 Κατεστραμμένο ξύλο Ποσοστό αποκόλλησης Πίνακας 9. Ποσοστό αποκόλλησης αντοχής σε εφελκυσμό ΕΝ 205:2003 Δοκίμια κλιματισμένα 7 μέρες ποσοστά αποκόλλησης PVA ΚΑΖΕΙΝΗ Είδος ξύλου Οξιά 65%* 75% 25% 77.5% 30,23* 26,71 33,18 26,99 Φλαμουριά 90% 90% 85,71% 82.5% 22,43 19,58 9,75 21,23 Δρυς 41,42% 56,51% 17.5% 37.5% 23,75 17,79 23,08 16,07 Δοκίμια εμβαπτισμένα 3 ώρες σε νερό ποσοστά αποκόλλησης PVA ΚΑΖΕΙΝΗ Είδος ξύλου Οξιά 54,28%* 72,85% 27,14% 47,14% 23,70* 23,96 32,61 29,51 Φλαμουριά 87,14% 84,28% 86.25% 62,14% 13,02 24,55 18,31 22,12 Δρυς 48,57% 50% 10% 41,42% 14,63 15,38 8,16 25,93 *Οι τιμές αποδίδουν τους μέσους όρους και τις τυπικές αποκλίσεις των 7 δοκιμαστικών δοκιμίων Οι μέσοι όροι και οι τυπικές αποκλίσεις των ποσοστών θραύσης για κάθε κατηγορία συγκολλημένων δοκιμίων τα οποία παρέμειναν απλώς κλιματισμένα δίνονται στον πίνακα 9 ενώ στις εικόνες 22 έως και 25 φαίνεται η μορφή ορισμένων δοκιμίων μετά την θραύση τους. Οι μέσες τιμές των ποσοστών θραύσης κυμάνθηκαν από 17,5 % το χαμηλότερο στα δοκίμια της δρυός συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στη μια μόνο προς συγκόλληση επιφάνεια έως 90 % το υψηλότερο στα δοκίμια φλαμουριάς συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στην μία προς συγκόλληση επιφάνεια. 78

79 Ειδικότερα, από τα αποτελέσματα φαίνετε ότι στα δοκίμια της οξιάς συγκολλημένα με PVAc είχαμε καλή ποιότητα συγκόλλησης εφόσον το μέσο ποσοστό θραύσης στην περιοχή του ξύλου ήταν 65 % για τα δοκίμια με επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας στη μια μόνο επιφάνεια και 75 % για τα δοκίμια με επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες. Στα δοκίμια συγκολλημένα με κόλλα καζεΐνης, επαλειμμένα στη μια μόνο επιφάνεια τα ποσοστά θραύσης δεν ήταν το ίδιο ικανοποιητικά αφού το μέσο ποσοστό θραύσης στην περιοχή του ξύλου ήταν μόλις 25 %. Δεν συνέβη όμως το ίδιο για τα δοκίμια επαλειμμένα με κόλλα καζεΐνης και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες αφού το μέσο ποσοστό θραύσης ήταν 77,5 %, ποσοστό το οποίο αποδεικνύει ότι η ποιότητα συγκόλλησης ήταν πολύ καλή. Στα δοκίμια ξύλου φλαμουριάς συγκολλημένα με PVA παρατηρείται πολύ καλή ποιότητα συγκόλλησης και το ποσοστό θραύσης ήταν 90 %. Τα μέτρα θραύσης των δοκιμίων αυτών κυμάνθηκαν σε χαμηλότερες τιμές σε σχέση με αυτά των δοκίμια οξιάς και δρυός, παρόλο αυτά το ποσοστό θραύσης εμφανίζεται υψηλότερο κάτι στο οποίο μπορεί να οφείλεται η χαμηλή σχετικά πυκνότητα του συγκεκριμένου ξύλου. Τα ποσοστά θραύσης των δοκιμίων συγκολλημένων με κόλλα καζεΐνης παρόλο που ήταν λίγο χαμηλότερα από αυτά που συγκολλήθηκαν με PVAc, ήταν υψηλότερα από τα αντίστοιχα του ξύλου οξιάς και δρυός και κυμάνθηκαν σε υψηλά επίπεδα (85,71 % και 82,5 %) θεωρώντας και πάλι υπεύθυνη την πυκνότητα του ξύλου. Το ξύλο της δρυός έδωσε γενικώς χαμηλότερα ποσοστά θραύσης στην περιοχή του ξύλου σε σύγκριση με την οξιά και φλαμουριά. Τα δοκίμια της δρυός συγκολλημένα με PVAc έδωσαν μεγαλύτερα ποσοστά θραύσης στην περιοχή του ξύλου (41,42 % και 56,51 %) σε σχέση με τα δοκίμια της δρυός συγκολλημένα με κόλλα καζεΐνης (17.5 % έως 37.5 %). Επίσης φαίνεται ότι επειδή τα μέτρα θραύσης των συγκο λημένων δοκιμίων της δρυόςήταν χαμηλότερα σε σχέση με αυτά των δοκιμίων συμπαγούς ξύλου χωρίς όμως να διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά εκτός από τα δοκίμια συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία και στις δύο προς συγκόλληση 79

80 επιφάνειες, η ποιότητα συγκόλλησης των τελευταίων δεν πρέπει να θεωρείται ικανοποιητική. Τέλος συγκρίνοντας τα ποσοστά κατεστραμμένου ξύλου και για τα δοκίμια επαλειμμένα στην μία επιφάνεια αλλά και για τα επαλειμμένα και στις δύο πλευρές παρατηρείται ότι τα μεγαλύτερα ποσοστά εμφανίζονται στα δοκίμια επαλειμμένα και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες με εξαίρεση στα δοκίμια φλαμουριάς συγκολλημένα με κόλλα καζεΐνης, όπου παρατηρείται μια μικρή αύξηση στα δοκίμια επαλειμμένα στη μια μόνο επιφάνεια. Στον πίνακα 9 εμφανίζονται οι μέσοι όροι και οι τυπικές αποκλίσεις των ποσοστών θραύσης των δοκιμίων τα οποία εμβαπτίστηκαν σε νερό για 3 ώρες. Οι μέσες τιμές των ποσοστών θραύσης κυμάνθηκαν από 10 % το χαμηλότερο στα δοκίμια της δρυός συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στη μια προς συγκόλληση επιφάνεια έως 87,14 % το υψηλότερο στα δοκίμια φλαμουριάς συγκολλημένα με PVAc και επαλειμμένα με συγκολλητική ουσία στη μια προς συγκόλληση επιφάνεια. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα στα δοκίμια ξύλου οξιάς συγκολλημένα με PVAc, επαλειμμένα και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες παρατηρείται πολύ καλή ποιότητα συγκόλλησης αφού το μέσο ποσοστό θραύσης ήταν 72,85 %. Στα δοκίμια επαλειμμένα στη μια μόνο επιφάνεια παρατηρήθηκε τάση μείωσης του ποσοστού θραύσης το οποίο ήταν 54,28 %, με αποτέλεσμα η ποιότητα συγκόλλησης να θεωρείται μέτρια. Το ίδιο φαινόμενο παρατηρήθηκε και στα δοκίμια συγκολλημένα με καζεΐνη, όπου τα μέσα ποσοστά θραύσης ήταν 47,14 % και 27,14 % αντίστοιχα. Με βάση τα ποσοστά αυτά η ποιότητα συγκόλλησης για τα δοκίμια επαλειμμένα και στις δύο επιφάνειες θεωρείται μέτρια ενώ για τα δοκίμια επαλειμμένα στη μια επιφάνεια σχεδόν κακή. Στα δοκίμια ξύλου φλαμουριάς παρατηρούνται και πάλι μεγάλα ποσοστά θραύσης στην περιοχή του ξύλου αφού τα μέσα ποσοστά θραύσης για τα δοκίμια συγκολλημένα με PVAc ήταν 87,14 % για αυτά που ήταν επαλειμμένα στη μια μόνο επιφάνεια και 84,28 % για αυτά που ήταν επαλειμμένα και στις δύο επιφάνειες ενώ στα δοκίμια συγκολλημένα με κόλλα καζεΐνης τα ποσοστά 80

81 ήταν 86,25 % και 62,14 % αντίστοιχα. Σύμφωνα με τα ποσοστά αυτά η ποιότητα συγκόλλησης των δοκιμίων φλαμουριάς θεωρείται πολύ καλή. Τα δοκίμια του ξύλου της δρυός έδωσαν και πάλι τα χαμηλότερα ποσοστά θραύσης σε σύγκριση με τα δοκίμια οξιάς και φλαμουριάς. Τα μέσα ποσοστά θραύσης για τα δοκίμια με επάλειψη της PVAc και καζεΐνης στη μια μόνο επιφάνεια ήταν 48,57 % και 10 % αντίστοιχα ενώ για τα δοκίμια με επάλειψη της συγκολλητικής ουσίας και στις δύο προς συγκόλληση επιφάνειες ήταν 50 % και 41,42 % αντίστοιχα για κάθε κόλλα. Η ποιότητα συγκόλλησης των δοκιμίων θεωρείται μέτρια εκτός από την περίπτωση της κόλλας καζεΐνης επαλειμμένης στη μια μόνο επιφάνεια τα ποσοστά τα οποίας ήταν απογοητευτικά. Συγκρίνοντας τα ποσοστά θραύσης των δοκιμίων που παρέμειναν απλώς κλιματισμένα με τα δοκίμια τα οποία εμβαπτίστηκαν σε νερό παρατηρείται μία τάση μείωσης της ποιότητας συγκόλλησης δηλαδή των ποσοστών θραύσης η οποία όμως δεν θεωρείται σημαντική Σύγκριση των αποτελεσμάτων των δυο μεθόδων ποιοτικού ελέγχου Παρατηρώντας τα αποτελέσματα των μετρήσεων της αντοχής σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση (ISO: 6238) και της αντοχής σε διάτμηση με εφελκυσμό (EN:205) διαπιστώνονται ορισμένες διαφορές. Στη μέθοδο προσδιορισμού της διάτμησης με θλιπτική φόρτιση το ξύλο της οξιάς κατείχε τις υψηλότερες τιμές μέσου μέτρου θραύσης, και για τα δοκίμια συγκολλημένα με καζεΐνη καθώς και για τα δοκίμια συγκολλημένα με PVAc, όπως επίσης και για τους δύο διαφορετικές εφαρμογές της συγκολλητικής ουσίας. Στην δεύτερη μέθοδο προσδιορισμού της αντοχής σε διάτμηση με εφελκυσμό παρατηρείται μία τάση μείωσης των μέτρων θραύσης της οξιάς σε σχέση με αυτών της δρυός, εκτός από την περίπτωση των δοκιμίων τα οποία είναι συγκολλημένα με καζεΐνη και επαλειμμένα με αυτή στη μια μόνο επιφάνεια, στα οποία παρατηρούνται ιδιαιτέρως χαμηλά μέτρα θραύσης. 81

82 Το ξύλο της φλαμουριάς και στις δύο μεθόδους παρουσιάζει τα χαμηλότερα μέτρα θραύσης σε σχέση με την οξιά και την δρυ. Συγκρίνοντας τις τιμές αντοχής των δύο τύπων συγκολλητικής ουσίας και των τρόπων εφαρμογής αυτής και των δύο μεθόδων δεν παρατηρούνται σημαντικές διαφορές. Οι τιμές θραύσης των δοκιμίων συμπαγούς ξύλου, στην πρώτη μέθοδο ποιοτικού έλεγχου δείχνουν ότι η οξιά έχει υψηλότερη αντοχή από την δρυ κατά 0,32 Ν/mm 2, ενώ στην δεύτερη μέθοδο την πρώτη δείχνει ότι η δρυς έχει υψηλότερη αντοχή κατά 0,04 Ν/mm 2 χωρίς οι διαφορές αυτές να είναι στατιστικώς σημαντικές. Στο σχήμα 16 φαίνεται η σύγκριση των μέτρων θραύσης της διάτμησης με α) θλιπτική φόρτιση και β) του εφελκυσμού 25 ΡVA1α ΡVA1β PVA2α PVA2β ΚΑΖ1α ΚΑΖ1β ΚΑΖ2α ΚΑΖ2β ΜΑΣΙΦ οξιά φλαμουριά δρυς Σχήμα 16. Σύγκριση μέτρων θραύσης της διάτμησης με α) θλιπτική φόρτιση και β) του εφελκυσμού 82

83 5.4. Συσχέτιση των δύο μεθόδων ποιοτικού ελέγχου με την βοήθεια εξισώσεων Πίνακας 10. Εξισώσεις συσχέτισης των δύο μεθόδων Είδος ξύλου Συγκολλητική ουσία Εξίσωση Συντελεστής συσχέτισης r 2 Οξιά PVAc Υ=12,429+0,545Χ - Φλαμουριά PVAc Υ=12,727+0,182Χ - Δρυς PVAc Υ=46,833-1,906Χ - Οξιά Καζεΐνη Υ=0,848+1,647Χ - Φλαμουριά Καζεΐνη Υ=3,606+1,086Χ - Δρυς Καζεΐνη Υ=-5,745+1,628Χ - Οξιά PVAc + Καζεΐνη Υ=10,864+0,659Χ 0,82 Φλαμουριά PVAc + Καζεΐνη Υ=16,976-0,140Χ 0,15 Δρυς PVAc + Καζεΐνη Υ=14,471+0,246Χ 0,48 Οξιά + Φλαμουριά + Δρυς PVAc + Καζεΐνη Υ=11,341+0,489Χ 0,28 Όπως παρατηρείται και από τον πίνακα 10 ο συντελεστής συσχέτισης δεν εμφανίζεται για όλες τις εξισώσεις γιατί για την απόδοσή του απαιτούνται πάνω από δύο σημεία και στις περιπτώσεις σύγκρισης των μεμονωμένων ξύλων και της συγκολλητικής ουσίας, τα σημεία ήταν μόνο δύο. Τέλος παρατηρείται ότι ο μεγαλύτερος συντελεστής συσχέτισης αντιστοιχεί στο ξύλο της οξιάς συσχετίζοντας τα αποτελέσματα και της PVAc και της καζεΐνης μαζί. Επιπλέον ο συντελεστής συσχέτισης ο οποίος αναφέρεται συνολικά για τις δύο μεθόδους είναι αρκετά μικρός και έτσι διαπιστώνεται ότι δεν υπάρχει μεγάλη συσχέτιση μεταξύ των δύο μεθόδων. Όπου Χ οι τιμές των μέτρων θραύσεως της αντοχής σε διάτμηση με εφελκυσμό ΕΝ 205 ενώ όπου Υ οι τιμές των μέτρων θραύσεως της αντοχής σε διάτμηση με θλιπτική φόρτιση οι οποίες υπολογίζονται γνωρίζοντας τις τιμές Χ. 83

84 Εμφάνιση των δειγμάτων για τον προσδιορισμό αποκόλλησης Εικόνα 3. Ξύλο δρυός συγκολλημένο με PVA 1 Ποσοστό αποκόλλησης 70 % Εικόνα 4. Ξύλο δρυός συγκολλημένο με PVA 2 Ποσοστό αποκόλλησης 100 % Εικόνα 5. Ξύλο δρυός συγκολλημένο με PVA 2 Ποσοστό αποκόλλησης 100 % Εικόνα 6. Ξύλο δρυός συγκολλημένο με καζεΐνη 2 Ποσοστό αποκόλλησης 40 % 84

85 Εικόνα 7. Ξύλο δρυός συγκολλημένο με καζεΐνη 1 Ποσοστό αποκόλλησης 40 % Εικόνα 8. Ξύλο δρυός συγκολλημένο με καζεΐνη 2 Ποσοστό αποκόλλησης 90 % 85

86 Εικόνα 9. Ξύλο δρυός συγκολλημένο με καζεΐνη 1 Ποσοστό αποκόλλησης 0 % Εικόνα 10. Ξύλο φλαμουριάς συγκολλημένο με PVA2 Ποσοστό αποκόλλησης 100 % 86

87 Εικόνα 11. Ξύλο φλαμουριάς συγκολλημένο με καζεΐνη 1 Ποσοστό αποκόλλησης 100 % Εικόνα 12. Ξύλο φλαμουριάς συγκολλημένο με καζεΐνη 1 Ποσοστό αποκόλλησης 10 % Εικόνα 13. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με καζεΐνη 1 Ποσοστό αποκόλλησης 90 % Εικόνα 14. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με καζεΐνη 1 Ποσοστό αποκόλλησης 40 % 87

88 Εικόνα 15. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με PVA 1 Ποσοστό αποκόλλησης 90 % Εικόνα 16. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με PVA 1 Ποσοστό αποκόλλησης 50 % Εικόνα 17. Ξύλο φλαμουριάς συγκολλημένο με καζεΐνη 2 Ποσοστό αποκόλλησης 90 % Εικόνα 18. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με PVA 2 Ποσοστό αποκόλλησης 90 % 88

89 Εικόνα 19. Ξύλο φλαμουριάς συγκολλημένο με PVA Ποσοστό αποκόλλησης 100 % Εικόνα 20. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με καζεΐνη 2 Ποσοστό αποκόλλησης 0 % Εικόνα 21. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με καζεΐνη 2 Ποσοστό αποκόλλησης 30 % Εικόνα 22. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με καζεΐνη 1 Ποσοστό αποκόλλησης 100 % 89

90 Εικόνα 23. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με PVA 1 Ποσοστό αποκόλλησης 40 % Εικόνα 24. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με καζεΐνη 2 Ποσοστό αποκόλλησης 0 % Εικόνα 25. Ξύλο οξιάς συγκολλημένο με καζεΐνη 1 Ποσοστό αποκόλλησης 10 % 90

91 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΔΟΜΗ ΣΥΓΚΟΛΛΗΜΕΝΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ (2Χ10Χ1,6) Εικόνα 26. Οξιά PVA διπλής επάλειψης Εικόνα 27. Οξιά PVA διπλής επάλειψης Εικόνα 28. Οξιά καζεΐνη διπλής επάλειψης Εικόνα 29. Οξιά καζεΐνη διπλής επάλειψης 91

92 Εικόνα 30. Οξιά καζεΐνη μονής επάλειψης Εικόνα 31. Οξιά καζεΐνη μονής επάλειψης Εικόνα 32. Οξιά καζεΐνη διπλής επάλειψης Εικόνα 33. Οξιά καζεΐνη διπλής επάλειψης 92

93 Εικόνα 34. Φλαμουριά PVA μονής επάλειψης Εικόνα 35. Φλαμουριά PVA διπλής επάλειψης Εικόνα 36. Φλαμουριά PVA μονής επάλειψης Εικόνα 37. Φλαμουριά καζεΐνη διπλής επάλειψης 93

94 Εικόνα 38. Φλαμουριά καζεΐνη μονής επάλειψης Εικόνα 39. Φλαμουριά καζεΐνη μονής επάλειψης Εικόνα 40. Οξιά καζεΐνη μονής επάλειψης Εικόνα 41. Φλαμουριά καζεΐνη μονής επάλειψης 94

95 Εικόνα 42. Οξιά καζεΐνη διπλής επάλειψης Εικόνα 43. Φλαμουριά καζεΐνη διπλής επάλειψης Εικόνα 44. Οξιά καζεΐνη μονής επάλειψης Εικόνα 45. Φλαμουριά PVA μονής επάλειψης 95